(a) La ventana de estabilidad electroquímica del electrolito acuoso de LiCl de alta concentración se expande a ~ 2,7 V. (b) La ventana de voltaje del electrodo MXene en electrolito acuoso de LiCl de alta concentración se amplía a 1,8 V. (c) Instantáneas de trayectorias de equilibrio de electrolito acuoso de LiCl de alta concentración. ( d ) Perfiles galvanostáticos de carga y descarga de microsupercondensadores planos MXene con diferentes espesores de microelectrodos. ( e ) Curvas de voltamperometría cíclica de microsupercondensadores planos MXene a diferentes temperaturas. ( f ) Imágenes ópticas de la letra "DICP", compuestas por luces LED, iluminadas por microsupercondensadores planos MXene conectados en serie en estados portátiles de flexión. Crédito:Yuanyuan Zhu y Shuanghao Zheng. Crédito:Science China Press
Un estudio reciente dirigido por el Prof. Zhong-Shuai Wu (Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China (CAS)), y el Prof. Hui-Ming Cheng (Instituto de Investigación de Metales de CAS) y publicado en Revisión Nacional de Ciencias examina los microsupercondensadores planos MXene acuosos.
MXenes, una familia de carburos y nitruros de metales de transición 2D con más de 30 especies, están emergiendo como materiales de electrodos de alto rendimiento. Sin embargo, un electrodo MXene se oxida fácilmente con un potencial anódico alto en electrolitos acuosos, y su voltaje de funcionamiento normalmente está limitado por la ventana de estabilidad termodinámica electroquímica del agua, lo que da como resultado voltajes de funcionamiento pequeños, generalmente inferiores a 0,6 V, lo que limita en gran medida la densidad de energía. de MSC basados en MXene (MXene-MSC).
Además, los electrolitos acuosos se congelan fácilmente a temperaturas bajo cero, lo que provoca una fuerte disminución de la conductividad iónica. Mientras que, a altas temperaturas, la estructura de los electrolitos acuosos es tan inestable que es difícil retener moléculas de agua internas debido a la volatilidad. Por lo tanto, sigue siendo un gran desafío desarrollar electrolitos acuosos con alto voltaje y amplio rango de temperatura.
"Desarrollamos un electrolito acuoso de LiCl altamente concentrado, respetuoso con el medio ambiente y de bajo costo para regular la cinética de reacción de MXene (Ti3 C2 Tx ) electrodo y electrolito, que no solo amplió el voltaje de operación de MXene-MSC al inhibir la oxidación a alto potencial, sino que también aumentó el rango de temperatura debido a un bajo punto de congelación", dijo el profesor Wu.
Los MXene-MSC acuosos planos simétricos fabricados con el electrolito mencionado anteriormente lograron un voltaje operativo de hasta 1,6 V y una densidad de energía de hasta 31,7 mWh cm -3 a temperatura ambiente.
El bajo punto de congelación (-57 °C) del electrolito de gel de LiCl de alta concentración también permitió que los MXene-MSC funcionaran de manera estable en un amplio rango de temperatura (-40 °C a 60 °C). La escalabilidad y flexibilidad de MXene-MSC facilita su integración en la microelectrónica portátil. Nueva estrategia para potenciar el rendimiento pseudocapacitivo de los microsupercondensadores
