柔性超級電容器由于其優異的電化學性能和機械靈活性，在電子領域有著更廣闊的應用前景。然而，由于電極結構穩定性的限制，擴大其應用仍具有挑戰性。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)納米復合膜作為超級電容器電極。碳納米管的引入擴大了MXene的層間距，進一步抑制了納米片的堆積。層間距的擴大為離子傳輸提供了通道，也使MXene暴露出更多的活性位點，為電化學性能提供了主要貢獻。因此，在5 mV s
−1時，N-CNT/MXene/PAN復合膜電極具有669.27 mF cm
−2的高面積比電容和446.18 F g
−1的高質量比電容。4000次循環后，其循環穩定性為90.9%，優于近期報道的電極。同時，復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具有優異電化學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，以揭示其穩定性。
Figure 3. (a) N- CNT /MXene/PAN復合薄膜的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復合膜和(II)濾紙的應力-應變曲線。(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)的倒數曲線。(b)面積電容與掃描速率平方根倒數的曲線(ν
-0.5)。(c)不同掃描速率下的容量貢獻。掃描速率為(d) 5 mV s
−1和(e) 200 mV s
−1時的伏安電流響應。(f) NMP-2在10 mA cm
−2下的循環穩定性。
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°時的循環穩定性(插圖代表NMP-2電極的第一次和最后一次循環曲線)。
相關研究工作由北京林業大學Ming-Guo Ma課題組于2021年發表在《INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH》上，原文：Preparation of Flexible N?Doped Carbon Nanotube/MXene/PAN Nanocomposite Films with Improved Electrochemical Properties。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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