電子設(shè)備對移動性需求的不斷增長，激發(fā)研究人員不斷開發(fā)高充放電速率、高能量密度的電池材料。贗電容器基于表面快速氧化還原的電荷儲存機(jī)理，在快速充放電和高能量密度性能上比雙電層電容器和電池更具優(yōu)勢。
問題在于：現(xiàn)有大多數(shù)高比容量金屬氧化物贗電容材料導(dǎo)電性和離子傳導(dǎo)性較差，電極電阻較大，導(dǎo)致功率密度較低。導(dǎo)電層包裹技術(shù)雖然增強(qiáng)了電荷傳遞，但是離子和電子不能快速傳遞到活性位點又成為了新的問題。
MXene作為贗電容材料的優(yōu)勢在于：
1）內(nèi)部導(dǎo)電的過渡金屬氮化物層確保電子及時供應(yīng)給電化學(xué)活性位；
2）合成過程中產(chǎn)生的類似過渡金屬氧化物的表面具有氧化還原活性；
3）二維形貌和預(yù)插層的水分子確保離子的快速傳遞。
圖1. MXene結(jié)構(gòu)
有鑒于此，Patrice Simon和Yury Gogotsi等人報道了利用MXene構(gòu)建超快速贗電容，以超過常規(guī)EDLCs的速率工作，體積比電容和面積比電容還要優(yōu)于碳、導(dǎo)電高分子以及過渡金屬氧化物等材料。
圖2. 兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的Ti3C2Tx電極
研究人員基于兩種MXene電極結(jié)構(gòu)，離子可以快速傳遞到氧化還原活性位點。大孔Ti3C2Tx MXene薄膜可在10 V s-1條件下實現(xiàn)200 F g-1的比電容，性能超過現(xiàn)有效果最好的碳基超級電容器。
另外，通過在MXene層間原位插入H2SO4電解質(zhì)，可使MXene水凝膠體積比電容達(dá)到1500 F cm-3左右，可媲美RuO2。
圖3. 平面Ti3C2Tx電極的電化學(xué)性能
圖4. 大孔Ti3C2Tx電極的電化學(xué)性能
Maria R. Lukatskaya, Sankalp Kota, Zifeng Lin, Patrice Simon, Yury Gogotsi et al. Ultra-high-rate pseudocapacitive energy storage in two-dimensional transition metal carbides. Nature Energy 2017, 2, 17105.
