南开大学梁嘉杰教授AEM：高性能3D打印可拉伸MSCs

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由于微型化可穿戴电子设备的快速发展，可拉伸微型超级电容器(MSCs)的需求显著增加，获得了学者们极大的关注。然而，受限于有限的面积电化学性能， MSCs技术的实际电子应用受到了极大地限制。

成果简介

近日，南开大学的梁嘉杰教授在国际顶级期刊Advanced Energy Materials发表了题目为“3D-Printed Stretchable Micro-Supercapacitor with Remarkable Areal Performance”的论文。通过3D打印和单向冻结由Ti₃C₂T_x MXene纳米薄片、二氧化锰纳米线、银纳米线和富勒烯构建的假塑性纳米复合材料，制备了可拉伸的厚蜂窝状多孔交错MSCs电极。这种独特的结构采用了厚电极和3D多孔导电材料支架并结合相互作用的材料性能，实现了更高的活性物质负载量、更大的界面面积、更快的离子传输、显著提升的面积能量和功率密度。此外，富勒烯诱导的滑动泡孔结构的定向泡孔支架使印刷电极足以承受大变形破坏而无明显的性能下降。3D打印的MSCs在扫描速率为10 mV s⁻¹时，面积电容为216.2 mF cm⁻²，并且拉伸高达50%后，循环1000次性能保持不变。这种可拉伸的MSCs也表现出高倍率性能、19.2 μWh cm⁻²的面能量密度和58.3 mW cm⁻²的功率密度，优于所有报道的可拉伸MSCs的性能。

图 1 3D打印可拉伸MSCs的制备示意图。

图 2 化学结构表征。

图 3 MSCs的形貌。

图 4 MSCs的电化学性能。

图 5 拉伸和弯曲后MSCs的电化学性能。

图 6蜂窝状多孔支架的变形机理。

图 7 串联和并联两种MXene-AgNW-MnONW-C60 MSCs的电化学性能。

结 论

由于纳米组件和电极结构的协同作用，3D打印MSCs装置表现出前所未有的电化学性能，包216.2 mF cm⁻²的面积电容、19.2 μWh cm⁻²的面能量密度和58.3 mW cm⁻²的功率密度以及优异的速率能力，长效的循环稳定性。这种策略为向用于可穿戴和便携式电子设备的可拉伸MSCs的应用迈出了关键性的一步。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202070064

信息来源：MXene学术