MXenes是發(fā)展最為迅速的二維材料家族之一，因其具有高電子和離子電導(dǎo)率、大比表面積以及可逆的表面氧化還原能力，在高倍率、高能量的儲(chǔ)能應(yīng)用方面極具潛力。Ti3C2Tx MXene在稀LiCl水溶液電解質(zhì)中呈現(xiàn)出電容性電荷存儲(chǔ)機(jī)制，而在高濃度水系LiCl電解質(zhì)中則展現(xiàn)出類似氧化還原反應(yīng)的反常特性。在此，采用多種原位技術(shù)，研究Ti3C2Tx在高濃度水系和常規(guī)水系LiCl電解質(zhì)中循環(huán)過(guò)程中電阻、質(zhì)量和電極厚度的變化。記錄發(fā)現(xiàn)，在高濃度水系LiCl電解質(zhì)中，由于層間間距變化，電阻出現(xiàn)顯著改變。在兩種電解質(zhì)的電容區(qū)域內(nèi)，均檢測(cè)到歸因于電荷載流子密度變化或片層間電子躍遷勢(shì)壘改變所導(dǎo)致的電導(dǎo)率變化，而此區(qū)域內(nèi)未觀察到厚度變化。總體而言，結(jié)合這些原位技術(shù)有助于加深對(duì)電荷存儲(chǔ)機(jī)制的理解，并推動(dòng)基于MXene的儲(chǔ)能器件的開(kāi)發(fā)。
Fig 1. a) 在面內(nèi)電阻測(cè)量池中記錄的、于20 mM氯化鋰（LiCl）溶液中、掃描速率為1 mV s?¹時(shí)，獨(dú)立的Ti3C2Tx薄膜的循環(huán)伏安圖。開(kāi)路電壓（OCV）以紅色方塊標(biāo)注，文中提及的不同區(qū)域也在圖中標(biāo)識(shí)出來(lái)。電流已歸一化為絕對(duì)最大陰極電流值。b) 根據(jù)圖a中所示循環(huán)伏安圖計(jì)算得出的歸一化電荷與電位的關(guān)系圖。開(kāi)路電壓（OCV）以紅色方塊標(biāo)注，文中提及的不同區(qū)域也在圖中標(biāo)識(shí)出來(lái)。電荷已歸一化為最大值。
Fig 2. 在循環(huán)伏安法測(cè)試過(guò)程中，對(duì)處于20 mM氯化鋰（LiCl）高濃度水系電解液中的Ti3C2Tx進(jìn)行原位測(cè)量：a) 面內(nèi)電阻；b) 厚度；c) 質(zhì)量通量。黑色方塊表示完全脫鋰狀態(tài)，作為分析的起始點(diǎn)。d) 通過(guò)電化學(xué)石英晶體微天平（EQCM - A）獲得的歸一化電流（左縱軸）和歸一化質(zhì)量通量（右縱軸）與電位的關(guān)系（與圖c所示結(jié)果相關(guān)）。e) 通過(guò)EQCM - A摩爾質(zhì)量計(jì)算獲得的溶劑化程度與電位的關(guān)系（與圖c所示結(jié)果相關(guān)）。
Fig 3. a) 在面內(nèi)電阻測(cè)量池中，對(duì)獨(dú)立的Ti3C2Tx薄膜在1 M 氯化鋰（LiCl）溶液中以10 mV s?¹ 的掃描速率進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。電流已歸一化為絕對(duì)最大陰極電流值。b) 根據(jù)圖a中所示循環(huán)伏安曲線計(jì)算得出的歸一化電荷與電勢(shì)關(guān)系圖。電荷已歸一化為最大值。
Fig 4. 在循環(huán)伏安法過(guò)程中，對(duì)Ti3C2Tx在1 M 氯化鋰（LiCl）水系鹽電解質(zhì)中的以下參數(shù)進(jìn)行原位測(cè)量：a) 面內(nèi)電阻b) 厚度c) 質(zhì)量通量。
相關(guān)研究工作由法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)（保羅?薩巴蒂埃大學(xué)）Patrice Simon/ Pierre-Louis Taberna、美國(guó)賓夕法尼亞州費(fèi)城德雷塞爾大學(xué)Yury Gogotsi團(tuán)隊(duì)于2025年聯(lián)合在線發(fā)表在《Adv. Energy Mater.》期刊上，Operando Tracking of Resistance, Thickness, and Mass of Ti3C2Tx MXene in Water-in-Salt Electrolyte. 原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202405028
摘自《石墨烯研究》公眾號(hào)
