image: （a）高浓氯化锂电解液电化学稳定窗口可达2.7 V；（b）MXene电极在高浓氯化锂电解液中电化学稳定窗口可达1.8 V；（c）分子动力学模拟高浓氯化锂电解液的平衡轨迹快照；（d）不同微电极厚度的MXene平面微型超级电容器的恒电流充放电曲线；（e）MXene平面微型超级电容器在不同温度中的循环伏安曲线;（f）串联的MXene平面微型超级电容器在弯曲穿戴状态下点亮由LED灯组成 “DICP”的光学图像。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组吴忠帅研究员团队与中科院沈阳金属研究所成会明院士合作的研究成果。该研究团队开发出一种安全、绿色、低成本的高浓氯化锂水系电解液，并对该电解液与MXene电极的作用机制进行了深入探究，进而构建出宽温区1.6 V高电压水系MXene微型超级电容器。
MXene作为新型二维材料，具有高的电导率和超高的体积电容，是微型超级电容器的关键材料之一。然而，MXene在水系电解液中易在高阳极电位下氧化，且受到水的电化学稳定窗口的限制，导致工作电压通常小于0.6 V，限制了MXene微型超级电容器能量密度的提升。此外，水系电解液在零度以下易结冰，导致离子导电性急剧下降。高温下，电解液的结构不稳定，很难保留内部的水分子。因此，研制耐高压、宽温区的水系电解液仍存在巨大挑战。
基于以上问题，该合作团队研制了一种低成本、环境友好的高浓氯化锂水系电解液，通过调控MXene微电极与电解质之间的反应动力学，不仅有效抑制了MXene在高电位下的氧化，从而拓宽MXene微型超级电容器的工作电压，而且能在较宽的温度范围内运行。研究发现，基于高浓氯化锂凝胶电解液的对称平面MXene微型超级电容器的工作电压高达1.6 V，体积能量密度可达31.7 mWh/cm3。由于高浓氯化锂凝胶电解液超高的离子电导率（69.5mS/cm）和超低的熔点（-57°C），MXene微型超级电容器可在零下-40°C到60°C的宽温度范围内正常工作，说明其在极端环境中的实用性。该工作为探索和设计水系高电压、宽温区微型超级电容器提供了新的研究思路。
研究详情请见原文：
Kinetic regulation of MXene with water-in-LiCl electrolyte for high-voltage micro-supercapacitors
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac02
Journal
National Science Review