纳米技术现在 - 新闻稿：通过钾离子电池实现更高的性能

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研究了三种不同的MXENE电极，即NB2C，TI2C和TI3C2，对其用于水性K-ION储存的电化学行为进行了研究，具有伪球形主导的行为，快速的动力学和耐用的循环稳定性。信用纳米研究能源

抽象的：
超级电容器正在成为锂离子电池的替代品，提供更高的功率密度和更长的寿命（维持容量的周期数）。超级电容器就像电池之间的十字架（具有高能量存储）和常规电容器（具有高功率放电）

通过钾离子电池实现更高的性能

中国北京|发表于2022年4月15日

香港城市大学的新研究于3月21日在Nano Research Energy发表，展示了用MXENE化合物构建的电容器的出色性能。MXENES是二维无机化合物，其大型能量储存的分子表面积可为它们提供超高的电导率和储能。

超级电容器可以在较小的空间中存储大量能量并在高电流中释放它，例如，他们可以为诸如可穿戴电子设备等迷你设备提供电源。但是，当用有机分子制成时，超级电容器冒着着火的风险。

这项新研究探索了用无机MXENE分子制成的超级电容器，以降低火灾风险。他们使用钾，而不是更昂贵的锂。钾离子或K-ION是最常用的电解质之一，可让电流流入电池中。材料科学与工程系的论文和研究人员的首席作者郭金·利安格（Gujin Liang在地球上受益于安全和低成本应用。

MXENES化合物由多种原子厚的过渡金属层组成，例如金属碳化物，硝酸盐或碳耐二元。它们具有跨导电金属碳化物层的有效电子传输的电性能，以及用于氧化还原（电子转移）反应的金属表面。

从不同的MXENES中，这项研究选择了三项用于比较性能。``通过水平比较三种代表性MXENE物种的K-ION存储性能，我们想找出结构与其K-ION存储性能之间的关系。。

研究了三个MXENE电极或电导体-NB2C，TI2C和TI3C2�的电化学行为，包括如何将K -ION插入MXENE层中的化学性质以及如何粘附在金属表面上的离子。研究人员评估了对存储机制，容量，速率性能和环状性能的超级电容器。

具有NB2C MXENE的K-ION电容器的性能最出色，功率密度最高（排放量）为2336 w/kg，能量密度（存储的量）为24.6 WH/kg。尽管锂离子电池的能量密度高于电容器，但它们的功率密度仅为250-340 W/kg。因此，带有MXENE的K-ION电容器可以更快地放电功率顺序。在30,000个循环排放5安培/g的电力之后，具有NB2C MXENE的电容器几乎全容量（94.6％），与大约500个周期相比，锂离子电池预计将持续使用。

所有MXENE材料均表现出超级电容器的行为 - 快速动力学和耐用的K -ION存储 - 比其他K -ION宿主材料提供更好的性能。结果源于MXENE的稳定结构，并放弃钾离子。说梁说，``它可以归因于k-ion运输的本质上较大的层间距离和MXENE的出色结构稳定性，甚至经历了长期的钾盐/depotasiation过程。

即使仅研究了三个MXENE电极，其他MXENE化合物也可能具有巨大的潜力作为K-ION宿主电极。研究人员希望他们的发现将进一步关注其他有前途的MXENE电极，以持久k-ion存储。

研究人员计划进一步尝试MXENE电极，以提高实际应用的性能。Chunyi Zhi教授说：``我们想修改和操纵MXENE电极物种以提高能量密度。他们最终渴望改善可穿戴电子设备和其他迷你电源设备的K-ION电容器，因为它们的性能高，安全且相对便宜。

该论文的作者是Gujin Liang，Xinliang Li，Yanbo Wang，Shuo Yang，Zhaodong Huang，Qi Yang，Donghong Wang，Binbin Dong，Minshen Zhu，Chunyi Zhi。

这项研究是由通用研究基金（香港），深圳市科学技术与创新委员会和香港城市大学资助的。

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