Maximaliseren van de toegankelijkheid van ionen in MXene-elektroden met ionenkanalen op nanoschaal voor energieopslag van zinkionen

Met zeer hydrofiele oppervlakken en superieure metaalgeleiding zijn tweedimensionale overgangsmetaalcarbiden (MXenen) zeer waardevol op het gebied van elektrochemische energieopslag. De gemakkelijke stapeling van tussenlagen zou echter leiden tot verminderde toegankelijkheid van ionen en beschikbare transportpaden binnen MXenes, waardoor hun elektrochemische prestaties worden beperkt.

Om de voordelen van MXenen bij elektrochemische energieopslag volledig te benutten en het zelfstapelingsgedrag te onderdrukken, is een reeks methoden ontwikkeld. Het etsen van gaten wordt beschouwd als een van de effectieve strategieën om de toegankelijkheid van ionen en de transportefficiëntie te verbeteren, wat kan worden toegepast bij de constructie van hoogwaardige energieopslagapparaten.

De fabricage van ionkanaalelektroden op nanoschaal door chemisch etsen heeft goede toepassingsmogelijkheden. Het beheersen van de mate van chemisch etsen voor efficiënte modulatie van elektrochemische energieopslag blijft echter een grote uitdaging.

In een Wetenschapsbulletin papier, gebaseerd op het ontwerpconcept van in-plane ionkanalen op nanoschaal, worden MXene-nanosheets met in-plane ion-kanalen bereid door chemische oxidatie en omgezet in elektroden voor het construeren van zelfherstellende zink-ion-microcondensatoren (ZIMC) met uitstekende anti- zelfontlading eigenschappen.

De MXene-nanobladen met in-plane ionkanalen kunnen de transportafstand van de ionen effectief verkorten en de elektrochemische prestaties van ZIMC verbeteren, terwijl de uitstekende mechanische sterkte en elektrische geleidbaarheid van grote MXene-nanobladen behouden blijven.

De gefabriceerde zelfherstellende op MXene gebaseerde zink-ion-microcondensator vertoont een hoge oppervlaktespecifieke capaciteit (532,8 mF cm^–2) bij de stroomdichtheid van 2 mA cm^–2lage zelfontlading (4,4 mV h^–1) en een hoge energiedichtheid van 145,1 μWh cm^–2 bij een vermogensdichtheid van 2800 μW cm^–2. De gefabriceerde ZIMC heeft uitstekende anti-zelfontladingseigenschappen en zelfherstellende eigenschappen, die micro-elektronische apparaten voor een lange tijd kunnen ondersteunen, en heeft een groot potentieel bij de toepassing van flexibele elektronica.

Gebaseerd op het ontwerp van ionkanalen op nanoschaal, zijn MXene-elektroden met maximale iontoegankelijkheid en hoge mechanische sterkte geconstrueerd en kunnen worden gebruikt voor zink-ion-energieopslag met hoge capaciteit. Het ontwerp van in-plane ionkanalen biedt een eenvoudige, efficiënte en schaalbare benadering om de elektrochemische energieopslagcapaciteit van MXenes en andere 2D-materialen effectief te verbeteren.