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朱雪斌课题组以三明治型薄膜组装成超级电容器成功驱动LED灯
文章来源: 李卉 发布时间: 2021-05-12
       近期,中科院合肥研究院固体所功能材料物理与器件研究部朱雪斌研究员课题组在过渡金属碳/氮化合物(MXene)超级电容器电极材料激光制备方面取得新进展。研究人员将激光晶化策略应用于制备三明治型MXene/Fe3O4/MXene薄膜,该薄膜电极具有优异的超级电容器性能,在1 M Li2SO4水系电解液中可以达到46.4 mF cm-2的面积比电容,明显优于MXene薄膜单体的性能(29.4 mF cm-2),以此为基础组装的对称超级电容器器件可成功驱动LED灯。相关研究结果以“Laser-crystallized sandwich-like MXene/Fe3O4/MXene thin film electrodes for flexible supercapacitors”为题发表在Journal of Power Sources 上。

  随着对微型电子器件需求的日益增大,微型能源存储系统(如薄膜电池和薄膜电容器)近年来受到广泛关注。Ti3C2Tx MXene由于高电子导电性、高亲水性及开放的层间结构,被认为是一类性能优越的超级电容器电极材料。为显著提升Ti3C2Tx的面积比容量,引入可产生电容贡献的过渡族金属氧化物层(例如Fe3O4)是可行途径。采用高温退火将导致Ti3C2Tx在高温下产生相变,使得器件性能衰减,从而限制了该方面的进展。 

  科研人员基于Ti3C2Tx墨水采用直接书写法在柔性衬底上成功制备了Ti3C2Tx薄膜,通过激光晶化方法将多孔Fe3O4薄膜生长于Ti3C2Tx薄膜上,此过程能显著抑制MXene的氧化问题,成功构建三明治型MXene/Fe3O4/MXene超级电容器电极。基于三明治型MXene/Fe3O4/MXene的电极可组装成柔性全固态柔性对称超级电容器,并具有非常优越的循环稳定性。器件经串联后,能显著拓宽工作电压的窗口至3.5V,进而能驱动不同颜色的LED灯。该工作为MXene基超级电容器电极材料的性能改善提供了新方法。 

   该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。 

   全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775321004171

   

图1. Fe3O4薄膜弯曲不同角度的实物图。 

 

 

  图2.(a五个器件串联和并联的CV图;(b五个器件串联和并联的GCD示意图;器件驱动(c)红色LED和(d)黄色LED实物图。 

   
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