Nanotechnology编辑优选：面向柔性微型超级电容器的高比电容MXene-PANI@MWCNTs异质结

图1 MXene-PANI@MWCNTs异质结的制备过程示意图

由于MXene、碳纳米管以及聚苯胺之间的协同增强效应，在1 A·g^-1的电流密度下获得了414 F·g^-1的比电容。同时，该异质结在大电流密度下（10 A·g^-1）仍能保持86.7%的电容。除此之外还表现出优异的稳定性，经历10000次循环，电容保持率可达90.4%。

图2 MXene、PANI@MWCNTs和MXene-PANI@MWCNTs异质结电化学特性

电化学动力学分析发现，性能的提升主要源于异质结中高效的表面电容贡献，在高扫速下，表面电容贡献达76%。异质结有效抑制了MXene纳米片的自堆叠，构建了高效的离子传输通道，充分发挥了其电化学活性。

图3 MXene-PANI@MWCNTs异质结的电化学动力学分析

通过真空辅助抽滤，将MXene-PANI@MWCNTs组装成自支撑薄膜。采用简单的机械切割法，将薄膜图案化成叉指状电极，制作了柔性微型超级电容器。该器件在0.1 mA·cm⁻²的电流密度下实现了30.2 mF·cm⁻²的面电容并且在严苛的弯曲下保持了稳定的电化学特性。该工作为开发新型电极材料和构建高效储能器件提供了重要参考。

图4 柔性微型超级电容器的电化学特性

研究背景：

物联网、人工智能和可穿戴设备的快速发展促进了对微型化柔性电子产品的开发，而这些电子产品离不开微型储能器件的支持。具有平面状电极的微型超级电容器由于器件厚度较低，具有良好的灵活性，易于和可穿戴设备集成，被认为是很有前景的能源供应器件。然而，一个棘手的挑战是在获得良好的灵活性的同时，很难保持高的电荷存储容量。电极作为重要组成部分，对微型超级电容器的性能起着至关重要的作用。设计综合性能优异的新型电极材料是提高微型超级电容器性能的重要途径。

曹茂盛  教授

北京理工大学

• 北京理工大学曹茂盛教授团队长期关注低维材料的电磁屏蔽和吸波特性、超级电容器和锂离子电池电极材料及电催化研究。在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Optical Mater., Carbon, Appl. Phys. Lett. 等高影响力学术期刊发表SCI论文300多篇，H指数83，总被引26,000多次，其中ESI高被引论文40多篇次，ESI热点论文10多篇次。曹茂盛教授荣获“IOP Top-Cited Author Award”并连续入选“Clarivate Highly-Cited Researcher”和“Highly-Cited Author of RSC and Elsevier” 。