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    南京大學開發用于超拉伸和高面積電容超級電容器的皺褶 MXene 電極

    盡管具有優異的電學和電化學性能,但二維過渡金屬碳化物 (MXene) 通常受到高剛度的限制,無法直接用于下一代可拉伸和可穿戴儲能設備。使用可顯著降低比電容的添加劑在超薄復合電極中實現了改進的變形能力。在這里,我們展示了一種基于具有皺褶紋理的 MXene 電極的超拉伸和高性能超級電容器。高達 800% 的區域應變的超高拉伸性,并且在 1000 次拉伸-松弛循環后初始電容保持率 >90%。這些發展為設計基于各種二維納米材料及其復合材料的可拉伸電極提供了一條有吸引力的途徑。

    為了形成他們的手風琴式超級電容器,科學家們將電極材料應用到一塊預拉伸的丙烯酸彈性體上。

    柔性電子設備可以在彎曲顯示器、可穿戴設備或太陽能領域開辟一些有趣的可能性,但開發柔性儲能設備為它們供電完全是另一個挑戰。中國科學家已經展示了解決這一問題的創造性解決方案,設計了一種新型超級電容器,由于手風琴式皺紋,該電容器在拉伸和扭曲時仍能保持高容量。

    雖然今天的鋰電池具有高能量密度,因此可以長時間儲存能量,但它們的功率密度較低,這意味著它們只能提供小電流,并且需要很長時間才能充電。超級電容器是其陽的陰,從某種意義上說,它們可以非??斓爻潆姴⒃诜烹姇r提供巨大的功率密度,但不能容納幾乎那么多的能量。

    這使得超級電容器成為某些儲能應用的一個有吸引力的提議,而科學家們正在為可拉伸電子設備供電。迄今為止取得的一些進展集中在使用稱為 MXenes 的二維高導電材料家族。這些是過渡金屬碳化物、碳氮化物或氮化物,研究人員在使用它們的薄片來形成具有大表面積的多層超級電容器電極方面取得了一些成功,因此具有高儲能潛力。

    但是基于 MXene 的電極在彎曲時容易斷裂,因為它們在柔性或可拉伸的電子設備中,因此科學家們不得不集成聚合物或其他材料,使其更加柔韌。然而,這些添加的一個缺點是它最終會降低材料的存儲容量。

    通過從手風琴中汲取靈感,南京大學工程與應用科學學院孔德勝團隊可能已經想出了解決這個問題的方法。在孔德勝教授的帶領下,該團隊首先制造了一種由純碳化鈦納米片制成的紋理薄膜,然后將其層疊在一塊已預先拉伸至其松弛尺寸 800% 的丙烯酸彈性體上。該研究發表在Nano Letters 雜志上。

    釋放彈性體導致它收縮回原來的尺寸,納米片被帶走并在這個過程中揉成手風琴式的皺紋。這種有彈性的 MXene 用作團隊超級電容器的電極,其中有一對三微米厚的材料層,中間夾著由聚乙烯(醇)-硫酸凝膠制成的電解質。

    該團隊隨后的實驗表明,受手風琴啟發的超級電容器可以反復拉伸和放松,而不會造成損壞,也不會影響其存儲電荷的能力。其容量與使用 MXenes 構建的其他超級電容器相當,但關鍵區別在于它可以拉伸至 800% 而不會破裂。將材料拉伸 1,000 次以上,其儲能容量僅下降到 90%。

    這種高容量和極端的可拉伸性有朝一日可以讓該團隊的超級電容器用于可穿戴電子產品或其他儲能設備需要變形的應用。

    來源:3xmaker合越智能

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