近年來(lái)，柔性超電容器由于能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代可穿戴設(shè)備和便攜式電子設(shè)備的需求而引起了極大的興趣。制造柔性超級(jí)電容器的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是制造具有優(yōu)異機(jī)械柔性的電極。盡管各種碳材料如活性碳纖維、碳納米管、碳?xì)饽z、碳化碳和石墨烯都被提議作為超級(jí)電容器的電極材料，但活性碳（ACs）是最常用的，因?yàn)樗鼈兙哂斜缺砻娣e大、孔隙大小可調(diào)節(jié)等特性。
然而，用AC粉末制造電極需要聚合物粘合劑，例如聚四氟乙烯（PTFE）等，其通常占據(jù)電極質(zhì)量的10-25％而沒(méi)有太多的電容貢獻(xiàn)，從而降低了器件的能量密度。而且，聚合物粘合劑是電絕緣體，由于電阻增加，這對(duì)于超級(jí)電容器的功率密度也不利，因此AC電極需要少量的導(dǎo)電添加劑以增加導(dǎo)電性。且由于粘結(jié)劑的剛性，通常采用柔性基底來(lái)增加柔性。
傳統(tǒng)的柔性基材主要是碳基質(zhì)（包括石墨烯和碳納米管）、紡織品、海綿等。MXenes包括2D過(guò)渡金屬碳化物和氮化物，具有高導(dǎo)電性和柔性，它們可以與石墨烯競(jìng)爭(zhēng)作為電池和超級(jí)電容器中使用的柔性基板。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，北京化工大學(xué)徐斌教授和吉林大學(xué)Yury Gogotsi教授課題組報(bào)告了一種新穎的策略，將2D的Ti3C2Tx MXene基材料作為一種柔性導(dǎo)電粘合劑，從而在有機(jī)電解質(zhì)中為超級(jí)電容器制造出MXene鍵合柔性碳電極。在這個(gè)柔性電極中，AC顆粒被封裝在MXene層之間。在這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)布局中，MXene層提供了柔性，這對(duì)形成柔性電極至關(guān)重要，并構(gòu)建了一個(gè)3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以促進(jìn)電子傳輸。交流粒子擴(kuò)大了MXene層之間的距離，從而確保離子和電解質(zhì)易于滲透。由此制備的柔性AC/MXene電極在有機(jī)電解質(zhì)中表現(xiàn)出高電容和優(yōu)異倍率性能。該研究成果發(fā)表于能源頂級(jí)期刊ACS Energy Letters。
【圖文解析】
圖2.不同AC/MXene比例和AC-PVDF在1M Et4NBF4/AN中電化學(xué)性能;（a）10mV/s時(shí)CV曲線(xiàn);（b）100mA/g時(shí)GCD曲線(xiàn);（d）交流阻抗和等效電路
本文使用2D Ti3C2Tx MXene作為基底材料，合成AC/MXene作為超級(jí)電容器柔性電極，然后進(jìn)行電化學(xué)表征，進(jìn)一步證明了MXene基活性炭材料作為柔性電極并用于高性能超級(jí)電容器的可能性：
MXene基底在電極材料中扮演多重角色，其中該納米片可以提供優(yōu)異的機(jī)械柔韌性和導(dǎo)電性，使得電極材料具有優(yōu)異的倍率性能；
AC顆粒具有極大比表面積和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其被封裝在MXene層之間，可以提供一定的比電容；
不同AC/MXene比例中，AC/MXene-2:1柔性電極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1M Et4NBF4/AN有機(jī)電解質(zhì)中，在0.1A/g時(shí)，比電容高達(dá)126F/g，且在100A/g時(shí)，電容保持率仍有57.9％。
