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北京理工大學集成電路與電子學院Guozhen Shen等--Ti3C2Tx MXene陰極氧化還原活性電解質柔性鋅離子微超級電容器集成壓力傳感應用

MXene基鋅離子雜化微超級電容器(MSCs)中常用的水溶液電解質限制了它們的循環和速率穩定性。在電解質中添加金屬和非金屬添加劑是提高鋅離子間充質干細胞性能的有效方法。在此，我們提出了一種添加劑輔助Zn(CF₃SO₃)₂電解質作為氧化還原活性電解質，通過簡單的噴霧法來測量由導電Ti₃C₂T_x-LiCl集電流和Ti₃C₂T_x-DMSO陰極組成的柔性MXene基Zn-離子雜化MSC。在電流密度從5 A/cm³到30 A/cm³再到5 A/cm³的變化過程中，加入K₃Co(CN)₆添加劑的MSC的容量保持率> 99.0%，高于加入CKNSe添加劑的MSC的96.7%和不添加添加劑的MSC的82.3%。此外，設計的具有氧化還原活性的K₃Co(CN)₆電解質的MSC在5000次循環后顯示出70%的最大電容保持。此外，利用Ti₃C₂T_x MXene陰極和基于氧化還原活性電解質的柔性Zn離子MSC為基于Ti₃C₂T_x的壓力傳感器供電，該集成系統良好的壓力響應為開發大容量、長周期穩定的儲能裝置提供了思路，也為電容-傳感器集成系統開辟了新的途徑。

圖1 二維Ti₃C₂T_x -DMSO納米片的合成與表征，以及指間微超級電容器的制備步驟。

圖2. 純Zn(CF₃SO₃)₂電解質和含K₃Co(CN)₆或CKNSe添加劑的雜化電解質的基本表征分析。

圖3 比較不添加添加劑、添加K₃Co(CN)₆和添加CKNSe的鋅離子MSCs的電化學性能。

圖4. K₃Co(CN)₆添加劑對間充質干細胞的電化學性能及機理研究。

圖5 (a) Ti3C2Tx-DMF@P(VDF-TrFE)壓力傳感器響應原理。(b) Ti3C2Tx-DMF@P(VDF-TrFE)傳感材料的SEM圖像。(c)分別在0 pa、204 pa、408 pa、612 pa的I-V曲線。(d)不同壓力下的電流響應。(e)基于Ti3C2Tx-DMF@P(VDF-TrFE)壓力傳感器的恢復時間。 (f)柔性集成系統由一個帶有K₃Co(CN)₆添加劑的平面Ti₃C₂T_x-DMSO MXene基-Zn離子雜化SC和Ti₃C₂T_x-DMF@P(VDFTrFE)基壓力傳感器組成。(g)當手指按壓或釋放傳感器時，集成系統相應的電流響應。

相關科研成果由北京理工大學集成電路與電子學院Guozhen Shen等人于2022年發表在Nanoscale (DOI: 10.1039/D2NR06626B)上。原文：Ti3C2Tx MXene Cathodes with Redox-Active Electrolyte based Flexible Zn-ion Microsupercapacitor for integrated Pressure Sensing Application。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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