将MXene水凝胶重新组装成柔性薄膜,打造紧凑型和超快超级电容器

【摘要】
由于其高赝电容和高密度，独立式MXene薄膜有望用于紧凑的能量存储，但由最密集结构引起的缓慢离子传输严重阻碍了它们的倍率性能。最近，天津大学陶莹副教授团队提出了一种构建具有可调多孔结构的独立且灵活的基于MXene的薄膜电极的重组策略，其中从3D结构化水凝胶分解的Ti3C2Tx微凝胶与不同质量比的单个Ti3C2Tx纳米片重新组装在一起，形成密集的3D网络微观尺度和宏观尺度的薄膜形态。

通过密度和孔隙率的良好平衡，可以最大限度地提高生产薄膜的空间利用率，从而在2000mVs-1的超高扫描速率下产生736Fcm-3的高体积电容。制造的超级电容器在0.83kWL-1的功率密度下产生了40WhL-1的优异能量密度，并且即使功率密度达到41.5kWL-1时仍可保持21WhL-1的能量密度，这是迄今为止报告的水性电解质中对称超级电容器的最高值。更有希望的是，重新组装的薄膜可用作柔性超级电容器的电极，表现出优异的柔韧性和可集成性。相关论文以题为ReassemblyofMXeneHydrogelsintoFlexibleFilmstowardsCompactandUltrafastSupercapacitors发表在《AdvancedFunctionalMaterials》上。
【将MXene水凝胶重新组装成柔性薄膜,打造紧凑型和超快超级电容器】【主图导读】

图1Ti3C2Tx膜、RAMX膜和微凝胶膜的制备示意图以及不同电极中离子传输的说明，其中Ti3C2Tx微凝胶是通过分解在GO的帮助下形成的Ti3C2Tx水凝胶来制备的。

图2RAMX薄膜和参考文献的形态和结构特征。 a)Ti3C2Tx微凝胶的SEM图像。 b)RAMX-50%薄膜和c)Ti3C2Tx薄膜的横截面SEM图像。 d)Ti3C2Tx薄膜、RAMX薄膜和微凝胶薄膜的XRD谱。 e)Ti3C2Tx薄膜、RAMX薄膜和微凝胶薄膜的氮吸附/解吸等温线和孔径分布。 f)中的插图显示了放大的介孔区域。 g)薄膜的堆积密度和SSA与Ti3C2Tx微凝胶含量的关系。

图3Ti3C2Tx薄膜、RAMX薄膜和微凝胶薄膜的电化学性能。在a)20mVs-1和b)2000mVs-1的扫描速率下收集的CV曲线。 c)在10到2000mVs-1范围内的扫描速率下，根据CV曲线计算的电容保持率。 d)不同微凝胶含量的薄膜在2000mVs-1时的重量和体积电容。 e)阳极（实心符号）和阴极（空心符号）峰值电流的对数与Ti3C2Tx薄膜和RAMX-50%薄膜的扫描速率对数的关系图。 f)在开放电位下收集的奈奎斯特图。

图4通过耦合两个相同的RAMX-50%薄膜制造的对称超级电容器的电化学性能。 a)与基于Ti3C2Tx薄膜的器件相比的CV曲线，该器件在2000mVs-1下收集。 b)从GCD曲线计算的速率性能。 c)1000mVs-1扫描速率下的循环稳定性。插图显示了第1次和第20000次循环的CV曲线。 d)Ragone图与之前报道的基于MXene的对称超级电容器的比较

图5具有PAM/H2SO4电解质的柔性超级电容器的制造和性能。 a)设备配置b)的示意图和相应的数码照片。 c)柔性超级电容器在不同弯曲角度d)下的数码照片及其在20mVs-1扫描速率下的相应CV曲线。 e)在电流密度2Ag-1下串联和并联的两个器件的GCD曲线。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202102874