Boosting the capacity of MXene electrodes in neutral aqueous electrolytes

Malchik, Fyodor; Maldybayev, K.; Kan, Tatyana; Kokhmetova, Saule; Chae, Munseok S.; Kurbatov, Andrey; Galeyeva, Alina; Kaupbay, Olzhas; Nimkar, Amey; Bergman, Gil; Levi, Noam; Zhang, Hui; Jin, Qianqian; Lin, Zifeng; Shpigel, Netanel; Mandler, Daniel

doi:10.1016/j.xcrp.2023.101507

Cited by 4 publications

(1 citation statement)

References 25 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…[ 19,20 ] However, Ti 3 C 2 T x exhibits capacitive‐type charge storage behavior in neutral aqueous electrolytes, thus limiting charge storage capacities below 20 mAh g −1 . [ 20,21 ] MXene‐based hybrid materials such as MXene@MOFs, [ 22,23 ] MXene@metal oxides [ 24,25 ] and MXene@organic materials [ 26–28 ] were explored for a variety of electrochemical energy storage applications. Most importantly, the top‐down wet chemical etching process introduces negative surface charges and heterogeneous surface functionality (‐OH, ‐O, ‐F, and ‐Cl) to MXenes, which may be exploited for the development of Ti 3 C 2 T x based hybrid electrodes via ionic and hydrogen‐bonding interactions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Supramolecular Engineering of Ti₃C₂T_x MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

Goudar,

Bhoi,

Sahoo

et al. 2024

Small

View full text Add to dashboard Cite

The rare combination of metallic conductivity and surface redox activity enables 2D MXenes as versatile charge storage hosts for the design of high‐rate electrochemical energy storage devices. However, high charge density metal ions including but not limited to Ca+2 and Mg+2 pose challenges such as sluggish solid‐state diffusion and also inhibiting the charge transfer across electrode‐electrolyte interfaces. In this work, free‐standing hybrid electrode architectures based on 2D titanium carbide‐cationic perylene diimide (Ti3C2Tx@cPDI) via supramolecular self‐assembly are developed. Secondary bonding interactions such as dipole‐dipole and hydrogen bonding between Ti3C2Tx and cPDI are investigated by zeta potential and Fourier‐transformed infrared (FTIR) spectroscopy . Ti3C2Tx@cPDI free‐standing electrodes show typical volumetric capacitance up to 260 F cm−3 in Mg2+ and Ca2+ aqueous electrolytes at charging times scales from 3 minutes to a few seconds. Three‐dimensional (3D) Bode maps are constructed to understand the charge storage dynamics of Ti3C2Tx@cPDI hybrid electrode in an aqueous Ca‐ion electrolyte. ,Pseudocapacitance is solely contributed by the nanoscale distribution of redox‐active cPDI supramolecular polymers across 2D Ti3C2Tx. This study opens avenues for the design of a wide variety of MXene@redox active organic charge hosts for high‐rate pseudocapacitive energy storage devices.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Supramolecular Engineering of Ti₃C₂T_x MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

Goudar,

Bhoi,

Sahoo

et al. 2024

Small

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

MXene based electrocatalyst: CoS2@Ti3C2Tx composite for hydrogen evolution reaction in alkaline media

Hanan,

Lakhan,

Solangi

et al. 2023

Materials Today Sustainability

View full text Add to dashboard Cite

Макроскопический подход к изучению структуры концентрированных водных растворов LiTFSI

Жигаленок,

Абдимомын,

Рябичева

et al. 2024

Горение и плазмохимия

View full text Add to dashboard Cite

В данной работе систематически исследованы физико-химические свойства водных растворов LiTFSI в широком диапазоне концентраций. Были измерены плотность, вязкость, электропроводность и активность воды растворов, что позволило установить количественные соотношения между макроскопическими параметрами и структурными характеристиками электролита. Анализ электропроводности с учетом поправок на вязкость показал практически полную ионную ассоциацию при высоких концентрациях (выше 10 моль/кг), при этом активность воды достигала исключительно низких значений (~0,15) при максимальной растворимости. Исследование выявило нелинейные изменения плотности с увеличением концентрации, что указывает на существенную структурную реорганизацию в концентрированных растворах. Числа гидратации, рассчитанные с использованием нового термодинамического подхода, сочетающего данные по активности воды и электропроводности, показали неожиданное сольватационное поведение: LiTFSI демонстрировал более высокие числа гидратации, чем традиционные соли лития в разбавленных растворах, несмотря на более низкую плотность заряда TFSI⁻, что объясняется пространственным захватом молекул воды его объемной структурой. Эта закономерность менялась на противоположную при более высоких концентрациях из-за усиления ионной ассоциации и эффектов экранирования заряда. Рассчитанные параметры хорошо согласуются с результатами молекулярно-динамического моделирования, что подтверждает правильность нашего макроскопического подхода. Исследование показало, что стандартные физико-химические измерения могут точно определять структурные параметры электролита, что дает практические преимущества для оптимизации составов электролитов, особенно в системах, содержащих полимерные добавки и сорастворители, где молекулярно-динамическое моделирование сталкивается со значительными трудностями.

show abstract

Boosting the capacity of MXene electrodes in neutral aqueous electrolytes

Cited by 4 publications

References 25 publications

Supramolecular Engineering of Ti₃C₂T_x MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

Supramolecular Engineering of Ti₃C₂T_x MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

MXene based electrocatalyst: CoS2@Ti3C2Tx composite for hydrogen evolution reaction in alkaline media

Макроскопический подход к изучению структуры концентрированных водных растворов LiTFSI

Contact Info

Product

Resources

About

Boosting the capacity of MXene electrodes in neutral aqueous electrolytes

Cited by 4 publications

References 25 publications

Supramolecular Engineering of Ti3C2Tx MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

Supramolecular Engineering of Ti3C2Tx MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

MXene based electrocatalyst: CoS2@Ti3C2Tx composite for hydrogen evolution reaction in alkaline media

Макроскопический подход к изучению структуры концентрированных водных растворов LiTFSI

Contact Info

Product

Resources

About

Supramolecular Engineering of Ti₃C₂T_x MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions

Supramolecular Engineering of Ti₃C₂T_x MXene ‐Perylene Diimide Hybrid Electrodes for the Pseudocapacitive Electrochemical Storage of Calcium Ions