2B malzemelere dayalı yüksek performanslı süperkapasitörler için yenilikçi mimariler

Yenilenebilir enerji ve taşınabilir elektronikte verimli enerji depolama sistemlerine yönelik artan talep, ileri teknolojilere olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Olağanüstü güç yoğunlukları, hızlı şarj-deşarj yetenekleri ve üstün çevrim kararlılıkları ile süper kapasitörler, umut verici bir çözüm sunar, ancak düşük enerji yoğunluğu ile sınırlıdır. Bu zorluk, grafen ve MXene'ler gibi 2B malzemelerin bu boşluğu doldurmadaki dönüştürücü potansiyelini vurguluyor. Bu tez, 2B malzemeler kullanarak yüksek performanslı süper kapasitörleri araştırıyor. Kimyasal buhar biriktirme (KBB) yoluyla sentezlenen rotasyonel olarak yığılmış çift katmanlı grafen ile üretilen grafen bazlı süper kapasitörler, Na₂SO₄ elektrolitte 10.000 döngüden sonra %100 tutma ile 316 F g⁻¹'ye kadar özgül bir gravimetrik kapasitans (ÖGK) elde etti. Ek olarak, KBB yoluyla sentezlenen işlevselleştirilmemiş MXene'ler, hem sulu hem de iyonik sıvı (İS) elektrolitlerle incelenmiştir. [BMIM]BF₄ İS elektroliti ile eşleştirilen MXene'ler, sulu elektrolitlerde elde edilen 144 Wh kg⁻¹'nin iki katından fazla olan 391 Wh kg⁻¹'lik bir özgül enerji yoğunluğuna ulaştı. LiTFSI-VC elektroliti kullanılarak 5160 F g⁻¹'lik bir rekor ÖGK elde edildi, bu da son teknoloji süper kapasitörlerin çoğunu önemli ölçüde geride bıraktı, ancak kararlılık zorluklarıyla sınırlandı. Separatör çalışmaları, filtre kağıdının kapasitansı artırdığını, Celgard'ın ise döngü stabilitesini iyileştirdiğini ortaya koyarak cihaz konfigürasyonunun performans üzerindeki önemini vurguladı. Karşılaştırmalı analiz, grafenin taşınabilir elektroniklerde uzun vadeli stabilite potansiyeline sahip olduğunu, MXene'lerin ise yenilenebilir enerji stabilizasyonu ve ulaşımda hızlı şarj sistemleri gibi yüksek enerjili uygulamalar için umut vaat ettiğini gösteriyor. Bu çalışma, 2B malzemelerin gelişmiş süper kapasitör teknolojilerindeki muazzam potansiyelini vurgulayarak, malzeme stabilitesi ve elektrolit uyumluluğu konusunda daha fazla araştırmaya duyulan ihtiyacı ortaya koymaktadır.