Yury Gogotsi新作：3D能量储存织物

纺织品基能量存储设备可作为商业智能服装中笨重和不舒服的电池的替代品。目前，纤维和纱线基超级电容器占据了主导地位，长度低于4厘米时展示出优异的性能，但因为阻力增加更长的长度将受到影响。而计算机辅助设计(CAD)编织是一种广泛应用于纺织品生产、针织储能的技术。由于需要数米长的高导电丝电极，这些装置在很大程度上还没有被开发出来以满足CAD编织高强度和灵活性要求。一些列可溶液加工和高导电的二维MXenes材料，已广泛应用于油墨、纸、塑料和纺织品上的微型超级电容器中的浆料、浆糊和电极染料。

成果简介

近来，Drexel 大学的Genevieve Dion教授和Yury Gogotsi教授在国际知名期刊Materials Today发表了题目为“3D knitted energy storage textiles using MXene-coated yarns”的论文。在此，设计了一种新可穿戴能源存储的架构设计——三维针织织物的超级电容器以改善长纱线电极的性能。采用Ti₃C₂T_x MXene作为商用天然和合成纱线的涂层的活性材料，使针织平面微电容器的生产成为可能。系统地研究了编织结构和几何形状对电化学性能的影响，从而生产具有更高能量和能量密度的商用储能纺织品。在2 mV s^-1条件下，制备的储能纺织品具有高达707 mF cm^-2和 519 mF cm^-2的电容，以及超过10000次的循环稳定性。这项工作是致力于MXene导电纱及三维针织储能装置的量产的关键一步，并论证了编织结构对器件性能的重要作用。

图 1 MXene基储能装置织物的制备。

图 2 涂覆MXene的纱线的性能。

图 3 针织形貌。

图 4 单元几何结构。

图 5 单元结构。

图 6 涂覆有MXene的棉花电极和尼龙纤维电极的电化学性能。

图 7 在PVA-H₃PO₄ 凝胶电极中的测试。

结 论

其他MXene涂覆的纱线电极进一步验证了这种新型器件结构。相比大多数天然纤维，合成纤维中通常更难加载更多的活性物质。通过将纤维/纱线电极连接在一起，针织可用来扩大用作可穿戴的电极材料的纤维和纱线库，并降低活性物质含量。只要原始纤维/纱线满足亲水性要求和可编织性的要求，它便有可能用于MXene基针织电极的衬底使用。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702120300419

信息来源： MXene学术