由于可穿戴电子器件广泛的应用范围，具有良好柔性的储能器件，如超级电容器引起了研究者们的兴趣。然而，传统的超级电容器与其他储能器件相比还有很多的不足。典型的多孔碳基电极需要一种非电化学活性的粘结剂，如PTFE或PVDF，导电材料，如碳黑，以及集流体（泡沫镍），这不可避免地增加了超级电容器的重量和体积，进而进一步限制了在超级电容器在小型或微型电子中的应用。这些添加剂还会在充放电过程中引起副反应，如阻塞多孔碳电极的孔，降低电极的导电性以及减少活性比表面积。因此，研发具有杰出导电性，良好机械性能以及高电化学活性的自支撑电极对于超级电容器的发展至关重要。MXenes，作为一类二维（2D）过渡金属碳化物和氮化物，在近年来被认为是柔性超级电容器非常有潜力的电极材料，这主要得益于其原子层厚度，杰出的金属导电性，良好的亲水性以及高氧化还原活性等优势。与2D石墨烯相比，MXenes是一类可扩展的材料，而且MXene是不仅包含共价键，还包含金属和离子键，为其复合材料提供了诸多的优势。此外，MXene可以很容易地分散在水中，这对膜的制备可以起到促进作用。

最近，南京林业大学Xiaoyan Zhou教授与Pei Yang教授合作在国际知名学术期刊 Chemical Engineering Journal上发表题目为： Mxene (Ti₃C₂T_x)/cellulose nanofiber/porous carbon film as free-standing electrode for ultrathin and flexible supercapacitors的研究论文，通过真空过滤过程中强烈的界面接触制备了一种多孔，导电且柔性的MXene Ti₃C₂T_x/纤维素纳米纤维(CNF)/PC复合膜，三维PC电极提供了用于电荷储存的充足的微孔以及用于快速离子扩散的可观的介/大孔。

图1.Ti₃C₂T_x/CNF/PC复合膜的制备过程。

图2. Ti₃C₂T_x/CNF/PC复合膜的形貌表征。

图3. Ti₃C₂T_x/CNF/PC的物理化学表征。

图4. Ti₃C₂T_x/CNF/PC以及相应材料所组装的的对称式超级电容器的电容性能。

图5. Ti₃C₂T_x/CNF/PC复合膜和PVA/KOH凝胶电解质的对称式准固态超级电容器的电容性能。

本文所制备的多孔（574.5 m² g^-1），导电（93.1 S cm^-1）柔性的Ti₃C₂T_x/CNF/PC复合膜具有优异的电化学性能，通过简易的真空抽滤的方式制备而成。使用柔性凝胶电解质，自支撑复合膜作为电极，准固态超级电容器具有超薄的厚度大约为0.2 mm，具有良好的柔性。得益于PC分级多孔结构，CNF良好的机械性能，Ti₃C₂T_x的杰出导电性以及PC，CNF和Ti₃C₂T_x的界面效应，超级电容器具有高比容量，在0.1 mA cm^-2的电流密度下，可以产生143 mF cm^-2的高电容。这种高比面电容的超电比很多MXene基超级电容器都要高。此外，超级电容器的面积能量密度在功率密度为17.5 μW cm^-2条件下，可以高达2.4 μWh cm^-2。该工作为MXene基复合膜的设计提供了新思路。

文献链接：

https://doi. org/10.1016/j.cej.2020.127524

信息来源：MXene Frontie

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