CEJ：黏性功能性墨水实现聚苯胺纳米点修饰的MXene膜电极

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北科纳米可提供聚苯胺纳米点修饰的MXene膜电极（可定制）

MXene（Ti₃C₂T_x）膜具有超薄特性，而且具有超高的体积电容，因此在柔性储能设备（尤其是超级电容器）中受到高度青睐。与基于MXene的对称超级电容器相比，通过组合正极材料和负极MXene设计不对称器件可以加宽工作电压范围并进一步提高体积能量密度。然而，具有与原始MXene膜电极相当的体积电容的理想的柔性正电极很少。

最近，哈尔滨工业大学Guohui Yuan教授课题组在国际知名学术期刊Chemical Engineering Journal 发表一篇题目为：Scalable Fabrication of Polyaniline Nanodots decorated MXene Film Electrodes Enabled by Viscous Functional Inks for High-Energy-Density Asymmetric Supercapacitors的研究论文，该研究通过合理的层间异质结工程技术使基于MXene的电极在正电压下同样具有超高的体积性能（1167 F cm^-3）。将小的PANI纳米颗粒（约10nm）插入MXene夹层中以形成紧凑的PANI / MXene薄膜电极。此外，功能性的PANI/ MXene油墨被用于大规模地制造复合膜。在电极中，MXene纳米片与分散的PANI纳米粒子结合了导电和柔性基材的综合功能。同时，PANI纳米颗粒不仅充当高拟电容材料，而且还充当层间导电柱成分，以减少MXene堆积并实现电子和离子传输，从而获得出色的协同效应。此外，组装后的不对称器件由全赝电容紧凑膜材料组成，可提供高达65.6 Wh L^-1（1687.3 W L^-1）的高能量密度。

图1. PANI / MXene油墨和自支撑PANI / MXene柔性薄膜的制备示意图

图2.（a）分层的MXene纳米片的TEM图像 （b）MXene纳米片的AFM图像，以及（c）沿（b）中线的相应高度轮廓（d）分别分散在不同溶剂中的MXene，PANI和PANI / MXene复合材料的数码照片（e-g）来自溶液辅助自组装的（e，f）低PANI质量百分比（20％）和（g）高PANI质量百分比（70％）的PANI/ MXene复合材料的TEM图像 （f）SAED图谱 （h）XPS图谱（i）C 1s的高分辨率XPS光谱

图3. 使用PANI0.7 / MXene油墨介绍了粘性油墨的性能，随后对有/无基材的成膜进行了演示

图4.（a-f）相应材料的横截面图像表明PANI纳米颗粒和MXene纳米片很好地组装在一起，从而在复合薄膜中形成有序的堆叠结构（h）样品密度和膜厚度随PANI纳米材料含量的增加而变化（i）纯MXene膜和PANI/ MXene膜的XRD图案 （j）EDX元素映射图

图5. PANI0.7 / MXene膜电极的电化学性能图

图6.以PANI0.7/ MXene和MXene电极分别用作正极和负极设计的全赝电容非对称器件的电化学性能

本文通过使用PANI / MXene油墨，采用简单的刮刀涂布技术成功地大规模制造了自支撑PANI /MXene膜。在复合膜中，小型PANI纳米颗粒插入MXene夹层中，形成紧凑的插入结构。在结构中，MXene纳米片和PANI纳米粒子之间的分子间结合赋予薄膜良好的柔韧性和结构稳定性。同时，建立快速的电子和离子传输路径以实现高电化学性能。结果，最佳的PANI0.7 / MXene在1M H₂SO₄水性电解质中表现出超高的体积电容性能，与在相同电解质中测试的纯MXene电极相比，在5 mV s^-1时为1167 F cm^-3。由于在复合膜的中间层中有大量的正电化学活性PANI纳米颗粒，因此工作电位窗口可以扩展到0.8V。此外，通过将正PANI0.7 / MXene膜和负MXene膜组装在一起，可以制造全赝电容非对称器件，以扩大电压窗口并增强基于MXene的对称超级电容器的体积能量密度。在功率密度为1687.3 W L^-1时，获得的最大能量密度为65.6 Wh L^-1，超过了先前报道的大多数基于MXene的超级电容器。我们提出的将正电化学活性材料锚固在MXene中间层中以实现紧凑的电极结构的策略对于推进高能量密度储能设备非常有效。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126664