Nature Communication：最大化離子可及性“打結”型MXene-CNT復合電極
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在電容型儲能器件中，電荷的儲存始于電解液離子在電極材料的表面或活性位點的吸附。電極表面離子可及的部分有助于電荷的存儲。因此，離子可及性可以影響儲能器件的電容或容量。這種影響在高速率或低溫下更為明顯，尤其是在使用有機電解液的情況下。
在有機電解液中提升離子可及性的主要有兩個方向：電解液和電極結構的改性。改進電極結構本身來提高離子可及性，最常用的方式包括在電極材料表面通過化學刻蝕引入多孔，通過表面化學改進增加層間距或通過“支柱”材料插層組織二維材料的重堆疊。這些方法雖然可以提高2D電極材料（如MXene）的層間距，2D層在垂直方向上仍然存在堆疊的問題。因此離子在電極材料中的傳輸在常規(guī)方向上會非常緩慢，這也成為了高速率和低溫工作中的主要障礙。
最近，華中科技大學Ming Xu教授和美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授在國際知名學術期刊?Nature Communication上發(fā)表題目為：?Maximizing ion accessibility in MXene-knotted carbon nanotube composite electrodes for high-rate electrochemical energy的研究論文，報道了一種新型MXene-碳納米管（CNT）復合電極具有最大化的離子可及性，在低溫條件下具有杰出的倍率性能。
圖1.結狀的MXene-CNT復合電極高效離子傳輸?shù)脑O計?
圖2.?結狀的CNT和MXene-CNT復合電極的表征。
圖3.結狀的MXene-CNT復合電極在一種有機混合電解液中的電化學性能分析。（EMIM:Li-TFSI=1:1）
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圖4.?非對稱器件的電化學性能測試。
在有機電解液中，電極材料的結構可以影響材料的倍率性能。所制備的多節(jié)的CNTs與MXene-CNTs復合電極在混合有機電解液中展示出了較高的容量保留率，在掃描速率范圍從10mV s-1增長到10 V s-1時，可以保留56%的電容。多節(jié)的CNT中的大尺寸結狀結構對于破壞Ti3C2片的排列方式至關重要，進而會使離子的傳輸路徑具有較低的曲折程度并增強離子可及性。這使Ti3C2?MXene基超級電容器在低溫工作時的性能得到提升，當工作溫度從20℃降低到-60℃時，可以具有約55%較高的電容保留率。這項工作證明了贗電容材料在其結構得到優(yōu)化設計后，可以用于在有機電解液中的高速率能量存儲。
