Hybrid supercapacitors based on two dimensional materials: Mxenes, graphene and TMDCs

Tüyler ürpertici küresel ısınmanın etkisiyle dünya, enerji üretimi alanında, daha çevre dostu yeşil enerji kaynakları için umut verici bir yönde değişiyor. Bu enerji sistemlerinin sürekli olmayan doğası, günlük enerji talebini karşılama yeteneklerini engellemektedir. Bu sorun için bir çözüm, piller ve süper kapasitörler (SK'ler) gibi enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesinde bulunmaktadır. Yüksek güç yoğunluğuna sahip olmalarına rağmen, SK'ler genellikle düşük enerji yoğunluğu muzdariptir. İstenen verimli yük depolama kapasitesine sahip elektrot malzemelerinin tasarımı, alınan çok sayıda yoldan biridir ve iki boyutlu (2B) malzemelerin kendine özgü elektrokimyasal özelliklere sahip olması, elektrot malzemeleri uygulamasında araştırmalarını motive etmiştir. Bir veya birkaç katta görünüşte abartılı performans göstermesine rağmen, 2B malzemeler yığılmadan muzdarip olma eğilimindedir ve bu kapasitif potansiyellerini önemli ölçüde azaltır. Bu çalışma, SK uygulaması için 2B materyallerin (Grafen, Geçiş Metal Kalkojenitleri, MXenler) büyütülmesine yöneliktir. ~ 0.63 nm kalınlığında grafen ile yapılan SK'ler, 1M Na2SO4 elektrolitte 1 mV s-1 oranında 44 uF cm-2 özgül kapasitans ve 308 F g-1 gravimetrik kapasitans performansı gösterirken bunu üst üste yığılan sekiz kat grafen ile 154 μF cm-2'ye yükselmiştir. En yüksek gravimetrik kapasitans, 1.26 nm kalınlığındaki grafen için, 1 mV s-1'de 441 F g-1 olacak şekilde, 12.4 kW g-1 güç yoğunluğunda 39.2 Wh kg-1 enerji yoğunluğu ile ölçülmüştür. Sonlandırılmamış MXenler süper iletkendir ve iyon araya ekleme için büyük ara katman aralığına sahiptir. Kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile büyütülen Mo2C, 1 mV s-1 tarama hızında ~ 671 uF cm-2'lik bir kapasitans kaydederek oldukça ilginç sonuçlar göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Süper kapasitör, özgül kapasitans, CVD ve MXen