MXenes是發展最為迅速的二維材料家族之一，因其具有高電子和離子電導率、大比表面積以及可逆的表面氧化還原能力，在高倍率、高能量的儲能應用方面極具潛力。Ti3C2Tx MXene在稀LiCl水溶液電解質中呈現出電容性電荷存儲機制，而在高濃度水系LiCl電解質中則展現出類似氧化還原反應的反常特性。在此，采用多種原位技術，研究Ti3C2Tx在高濃度水系和常規水系LiCl電解質中循環過程中電阻、質量和電極厚度的變化。記錄發現，在高濃度水系LiCl電解質中，由于層間間距變化，電阻出現顯著改變。在兩種電解質的電容區域內，均檢測到歸因于電荷載流子密度變化或片層間電子躍遷勢壘改變所導致的電導率變化，而此區域內未觀察到厚度變化。總體而言，結合這些原位技術有助于加深對電荷存儲機制的理解，并推動基于MXene的儲能器件的開發。
Fig 1. a) 在面內電阻測量池中記錄的、于20 mM氯化鋰（LiCl）溶液中、掃描速率為1 mV s?¹時，獨立的Ti3C2Tx薄膜的循環伏安圖。開路電壓（OCV）以紅色方塊標注，文中提及的不同區域也在圖中標識出來。電流已歸一化為絕對最大陰極電流值。b) 根據圖a中所示循環伏安圖計算得出的歸一化電荷與電位的關系圖。開路電壓（OCV）以紅色方塊標注，文中提及的不同區域也在圖中標識出來。電荷已歸一化為最大值。
Fig 2. 在循環伏安法測試過程中，對處于20 mM氯化鋰（LiCl）高濃度水系電解液中的Ti3C2Tx進行原位測量：a) 面內電阻；b) 厚度；c) 質量通量。黑色方塊表示完全脫鋰狀態，作為分析的起始點。d) 通過電化學石英晶體微天平（EQCM - A）獲得的歸一化電流（左縱軸）和歸一化質量通量（右縱軸）與電位的關系（與圖c所示結果相關）。e) 通過EQCM - A摩爾質量計算獲得的溶劑化程度與電位的關系（與圖c所示結果相關）。
Fig 3. a) 在面內電阻測量池中，對獨立的Ti3C2Tx薄膜在1 M 氯化鋰（LiCl）溶液中以10 mV s?¹ 的掃描速率進行循環伏安測試。電流已歸一化為絕對最大陰極電流值。b) 根據圖a中所示循環伏安曲線計算得出的歸一化電荷與電勢關系圖。電荷已歸一化為最大值。
Fig 4. 在循環伏安法過程中，對Ti3C2Tx在1 M 氯化鋰（LiCl）水系鹽電解質中的以下參數進行原位測量：a) 面內電阻b) 厚度c) 質量通量。
相關研究工作由法國圖盧茲第三大學（保羅?薩巴蒂埃大學）Patrice Simon/ Pierre-Louis Taberna、美國賓夕法尼亞州費城德雷塞爾大學Yury Gogotsi團隊于2025年聯合在線發表在《Adv. Energy Mater.》期刊上，Operando Tracking of Resistance, Thickness, and Mass of Ti3C2Tx MXene in Water-in-Salt Electrolyte. 原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202405028
摘自《石墨烯研究》公眾號
