锌离子混合超级电容器（ ZHSC）由于其生态效率高、自然资源丰富和安全性高而成为有前途的储能设备。然而，ZHSCs的开发仍处于起步阶段，仍需要在电极材料和水凝胶/电解质方面进行大量努力以进一步提高电荷存储能力。 最近 ， 科研人员 通过模板引导的路线合成了一种包裹有氮掺杂无定形碳的皱缩氮掺杂 MXene（表示为 NMXC），用于调节表面化学并扩大 MXene 的层间间距。
密度泛函理论 (DFT) 计算表明，N 掺杂效应增强了 MXene 的电子电导率，与纯 MXene 相比，具有 N 掺杂碳层的 MXene 异质结构具有更大 的功函数，有效地防止了电化学氧化和可在更高的正电位下稳定运行。由于这些原因，与纯 MXene 相比，NMXC 具有更高的容量和更宽的工作电压窗口，并且比三聚氰胺甲醛衍生的 N 掺杂碳（NC）具有更好的倍率性能。还设计了一种双交联混合聚合物水凝胶/电解质（表示为 PAM-co-PAA/κ-CG/ZnSO 4 ），它是通过在离子 κ-卡拉胶（表示为 κ-CG）双螺旋链之间形成分子间氢键而获得的和共价聚（丙烯酰胺-丙烯酸）（表示为 PAM-co-PAA）主基质。测试结果表明，PAM-co-PAA/κ-CG/ZnSO 4 水凝胶/电解质具有较高的离子电导率（1.76 S m-1）、较高的拉伸性（626.0%）和令人满意的压缩性。此外，基于 NMXC 正极和 PAM-co-PAA/κ-CG/ZnSO 4 水凝胶/电解质的准固态 ZHSC 表现出 1.75 mV h -1 的低自放电率，以及 96.4% 的高容量10 000 次循环后的容量保持率以及 54.9 W h kg -1 /3314.4 W kg -1 的高能量/功率密度。
图 1 示意图和结构表征。
图 3 Zn//MXene、Zn//NC 和 Zn//NMXC ZHSCs 在 ZnSO 4 水溶液中的电化学性能。
图 5（a）PAM-co-PAA/κ-CG水凝胶的合成示意图和（b）内部结构。
图 7 (a) 具有 PAM-co-PAA/κ-CG/ZnSO 4 水凝胶/电解质的准固态 Zn//NMXC ZHSC 的示意图。(b) ZHSCs 在水性电解质和水凝胶/电解质中在 0.1 A g -1 时的 GCD 曲线。(c) 准固态 ZHSC 的自放电曲线。(d) 准固态 ZHSC 和其他储能设备的 Ragone 图。(e) 准固态 ZHSC 在弯曲条件下的容量保持率。(f) 准固态 ZHSC 在 3 A g -1 时的循环稳定性和库仑效率。照片展示 了 (g) LED 灯，(h) 手机，(i) 由准固态 ZHSC 驱动的计算器。
相关论文以题为 A durable MXene-based zinc ion hybrid supercapacitor with sulfated polysaccharide reinforced hydrogel/electrolyte 发表在 《 J. Mater. Chem. A 》 上。 通讯作者 是 新疆大学 米红宇教授 、 季辰辰副教授 、北京化工大学 邱介山教授 。
参考文献 ：
doi.org/10.1039/D1TA06974H