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西南交通大学杨维清教授ACS Nano: 聚焦MX
来源:ballbet贝博在线 作者:BB贝博ballbet网页登录时间:2024-02-27 16:46:44 浏览:4

  MXenes 通常具有高金属导电性、优异的亲水性、可调节的层间间距和高电荷存储容量,在微型超级电容器领域表现出突出的优势。MXene的亲水性和由表面官能团带来的高负电荷(zeta 电位约为 -38 mV),使其可以在水性和有机溶剂中形成稳定的胶体分散体,拓展了其在溶液加工过程中的应用,包括涂层、印刷,有利于高性能MXene基微型超级电容器(MXene MSCs)的直接构建。同时,将MXene MSCs整合到功能性微电子器件中也是其产业化发展的关键动力,这需要 MXene MSCs与其他功能器件在制造和功能上的相互兼容。对此,西南交通大学杨维清教授及其博士研究生黄海超等人从油墨流变学、微电极设计和集成系统等方面总结了 MXene 微型超级电容器的最新进展,阐明了当前开发高性能 MXene MSCs的面临的挑战和前景。

  油墨成分的组成和各成分之间的协同作用决定了油墨的流变特性,它很大程度上决定了印刷结果是否具有一致性和可重复性(图2)。MXene油墨大体可以分为水系和有机油墨。MXene水系油墨的流变性和多种因素有关,包括单层和多层MXene,墨水浓度,MXene片尺寸,和不同分散体等(图3)。MXene在有机溶剂中的流变性与与水分散体类似,但相关的研究较少(图4)。

  MXene的亲水性的表面官能团和负的zeta电位赋予了MXene在极性溶剂中的稳定分散性,这有利于MXene通过溶液加工技术来构建微型超级电容器(图5)。目前,MXene MSCs的工作主要集中MXene改性(图6)、插层/复合(图7)、微结构设计(3D,非对称结构等)(图8,9)等方面,旨在进一步提升器件的面积能量密度,满足实际应用场景的需求。

  图5. 通过溶液加工过程制造MXene MSCs的方法,包括喷涂/旋涂、3D打印、墨水书写、图案涂覆、丝网印刷等涂层和印刷技术。

  目前,MXene MSCs 的焦点主要集中在制造技术和电极材料的优化上,对功能性集成关注较少。首先,为了满足不同应用场景的需求,MXene MSCs往往需要通过串并联来获得更高的输出电压或者更高的储能容量(图10)。MXene基微型超级电容器集成系统的供能方式主要有纳米发电机、太阳能电池以及无线)。MXene MSCs的功能化集成主要体现在微传感、滤波、光电探测以及电磁屏蔽等方面(图12,13)。其中,多功能集成系统中MXene MSCs模块的性能如表1所示。

  杨维清教授简介:西南交通大学前沿科学研究院院长,从事能源信息材料与器件研究,在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater,ACS Nano,Nano Lett,Adv. Funct. Mater.,等国际著名刊物上发表SCI收录论文共计240余篇,入选Elsevier高被引学者、Stanford-Elsevier全球全领域2%Top科学家;长期担任科技部重大研发计划项目会评专家和国家科技奖评审专家;科技成果转化专利30余项,转化经费3000余万元;担任中国超级电容器产业联盟副秘书长;获得教育部创新团队、省“青年科技创新研究团队”、省杰出青年基金、省“QR计划”创新人才。所做工作被美国国家自然基金委(NSF)、Newscientist,CCTV等近20家媒体专题报道。

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