成果簡介

由二維MXene材料制成的獨立和可彎曲薄膜由于其高度的靈活性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高導(dǎo)電性，已顯示出作為儲能器件電極的巨大潛力。然而，MXene板不可避免重新堆疊很大程度上限制了其電化學(xué)性能。本文，西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院黨阿磊、李鐵虎教授等研究人員在《ACS Appl. Energy Mater.》期刊發(fā)表名為“Flexible Ti3C2Tx/Carbon Nanotubes/CuS Film Electrodes Based on a Dual-Structural Design for High-Performance All-Solid-State Supercapacitors”的論文，研究通過交替過濾Ti3C2Tx/碳納米管（CNT）雜化和CuS分散的逐層（LbL）方法，通過雙重結(jié)構(gòu)設(shè)計制備了具有三明治狀結(jié)構(gòu)的膜電極。

引入的碳納米管和贗電容CU提供了豐富的活性位點，以增加電極的存儲容量。增大的層間距有利于電解質(zhì)離子的傳輸。因此，厚度為17μm的優(yōu)化Ti3C2Tx/CNTs/CuS-LbL-15薄膜電極（1.7 mg/cm3）在聚乙烯醇（PVA）/H2SO4凝膠電解質(zhì)中仍表現(xiàn)出1 a/g的高重量電容（336.7 F/g）和體積電容（572.4 F/cm3），這兩者在過去的報告中在相同厚度下都是最高的。同時，該樣品在電流密度為9A/g時表現(xiàn)出令人印象深刻的速率能力，57%的電容保持率，在高速率為5a/g的5000次循環(huán)后保持99.6%的初始容量的超穩(wěn)定循環(huán)，以及在不同彎曲狀態(tài)下的良好柔韌性。此外，全固態(tài)對稱超級電容器在340 W/L的功率密度下顯示出12.72 Wh/L的能量密度。這項工作為組裝高性能儲能器件的Ti3C2Tx/CNT和CuS混合電極提供了有效途徑。

圖文導(dǎo)讀

圖1. (a) LbL法制備夾層狀Ti3C2Tx /CNTs/CuS薄膜的工藝示意圖。(b)在直徑為5mm的玻璃棒上包裹獨立的柔性 Ti3C2Tx /CNTs/CuS薄膜的數(shù)字圖像，以及 (c) 用手折疊的相應(yīng)平面狀薄膜。

圖2. Ti3C2Tx /CuS-LbL-5 (a) 和Ti3C2Tx /CuS-LbL-15 (b) 薄膜橫截面的SEM圖像及其對應(yīng)的 Ti 和銅元素。(c) 樣品XRD光譜的比較。（d）和（e）分別是（c）在2θ的5-10和26-35 范圍內(nèi)的放大圖。(f) 樣品的相應(yīng)拉曼光譜。

圖3. (a) Ti3C2 Tx基薄膜電極全固態(tài)超級電容器示意圖。(b) 純Ti3C2 Tx、Ti3C2 Tx /CuS-LbL-5 和Ti3C2 Tx/CuS-LbL-15薄膜在5 mV掃描速率下的CV曲線比較/秒。(c) Ti3C2 Tx/CuS-LbL-15在1至9 A/g 的不同電流密度下的恒電流充電/放電 (GCD) 曲線。(d) Ti3C2 Tx/CuS-LbL-15 的CV曲線比較和Ti3C2 Tx/CuS-hybrid-15在5mV/s 的掃描速率下和 (e) 在1A/g電流密度下的相應(yīng)GCD曲線。

圖4、電化學(xué)性能

圖5. (a) 組裝后的超級電容器在不同彎曲狀態(tài)下的光學(xué)圖像。(b) Ti3C2 Tx/CNTs/CuS-LbL-5薄膜在5 mV/s的掃描速率下不同彎曲角度的CV曲線。(c) 與之前報道的作品相比，超級電容器的體積功率和能量密度圖。

小結(jié)

綜上所述，采用 LbL 方法制備了具有夾層結(jié)構(gòu)的可彎曲和獨立的 Ti3C2 Tx /CNTs/CuS 復(fù)合膜電極，其中 Ti3C2 Tx/CNTs 雜化片材和CuS活性材料分別為通過過濾交替堆積。這項工作為全固態(tài)SCs設(shè)計高性能電極提供了一種有效的方法，在柔性和可穿戴電子產(chǎn)品中具有巨大的應(yīng)用潛力。

文獻(xiàn)：

https://doi.org/10.1021/acsaem.2c01738