柔性超級(jí)電容器由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能和機(jī)械靈活性，在電子領(lǐng)域有著更廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，擴(kuò)大其應(yīng)用仍具有挑戰(zhàn)性。本研究采用真空過濾和靜電紡絲的方法制備了柔性氮摻雜碳納米管(N-CNT)/Ti
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x(MXene)/聚丙烯腈(PAN)納米復(fù)合膜作為超級(jí)電容器電極。碳納米管的引入擴(kuò)大了MXene的層間距，進(jìn)一步抑制了納米片的堆積。層間距的擴(kuò)大為離子傳輸提供了通道，也使MXene暴露出更多的活性位點(diǎn)，為電化學(xué)性能提供了主要貢獻(xiàn)。因此，在5 mV s
−1時(shí)，N-CNT/MXene/PAN復(fù)合膜電極具有669.27 mF cm
−2的高面積比電容和446.18 F g
−1的高質(zhì)量比電容。4000次循環(huán)后，其循環(huán)穩(wěn)定性為90.9%，優(yōu)于近期報(bào)道的電極。同時(shí)，復(fù)合膜在不同彎曲角度下具有良好的柔韌性和較小的容量損失。這種簡易的合成策略為開發(fā)具有優(yōu)異電化學(xué)性能的柔性電極提供了新的研究思路。
Figure 1. N-CNT/MXene/PAN納米復(fù)合膜的制備示意圖。
Figure 2. (a)純PAN和(b) m-Ti
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x的SEM圖像。(c1) d-Ti
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x的TEM圖像。(c2) N-CNTs/d-Ti
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x的TEM圖像。(d) N-CNTs/MXene/PAN的SEM圖像。(e) N- CNTs的C和N的EDS元素映射。(f) (I) CNTs和(II) N-CNTs的照片，以揭示其穩(wěn)定性。
Figure 3. (a) N- CNT /MXene/PAN復(fù)合薄膜的XPS測量和(b - d)高分辨率XPS C 1s (b)，Ti 2p (C)和N 1s (d)光譜。
Figure 4. (a) (I) PAN復(fù)合膜和(II)濾紙的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b和c) NMP-1的照片以顯示其靈活性。(d) N-CNTs、d-Ti
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x和NMP-2的紅外光譜和XRD譜圖。(f) NMP-0、NMP-1、NMP-2和NMP-3的拉曼光譜。
Figure 5. (a) NMP-0和(b) NMP-2在5、10、20、50、80、100和200 mV s
−1掃描速率下的CV曲線。(c) NMP-0和(d) NMP-2在1、2、5、10和20 mA cm
−2不同電流密度下的GCD曲線。
Figure 6. (a) NMP-0、NMP-1、NMP-2、NMP-3電極的GCD曲線。(b) NMP-0、NMP-1、NMP-2和NMP-3的EIS測量。(c)比面積電容與掃描速率圖像。(d)比質(zhì)量電容vs掃描速率圖像。
Figure 7. (a)面積電容與掃描速率平方根(ν
0.5)的倒數(shù)曲線。(b)面積電容與掃描速率平方根倒數(shù)的曲線(ν
-0.5)。(c)不同掃描速率下的容量貢獻(xiàn)。掃描速率為(d) 5 mV s
−1和(e) 200 mV s
−1時(shí)的伏安電流響應(yīng)。(f) NMP-2在10 mA cm
−2下的循環(huán)穩(wěn)定性。
Figure 8. (a) NMP-2電極不同彎曲角度示意圖。(b) NMP-2電極在不同彎曲角度下的CV曲線。NMP-2在彎曲角度(c) 90°和(d) 180°時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性(插圖代表NMP-2電極的第一次和最后一次循環(huán)曲線)。
相關(guān)研究工作由北京林業(yè)大學(xué)Ming-Guo Ma課題組于2021年發(fā)表在《INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH》上，原文：Preparation of Flexible N?Doped Carbon Nanotube/MXene/PAN Nanocomposite Films with Improved Electrochemical Properties。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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