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超級電容|基于 MXene 的柔性復合薄膜：合成、改性和作為超級電容器電極的應用（二）( 三 )

石墨烯納米超級電容電化學


馬等人 。 利用真空輔助過濾制備了Fe2O3 NPs@MX雜化紙 。 5Fe2O3 NPs@MX復合薄膜在3 M H2SO4電解液中在1mV s-1時的體積電容為2607 F cm-3 (584 F g-1) 。 具有這種電極的柔性對稱固態(tài)超級電容器在213.8 W L-1的功率密度下顯示出29.7 Wh L-1的體積能量密度 。 此外 ， FeOOH量子點因其隧道型快速離子傳輸結構而被認為是超級電容器的理想電極材料 。 采用簡單的靜電自組裝制備柔性Ti3C2Tx/FeOOH量子點雜化薄膜 ， 構建高性能非對稱超級電容器 。 相比較而言 ， Ti3C2Tx/Fe-15%薄膜的電化學性能有很大提高 。 面積電容(485 mF cm-2)和體積電容(505 F cm-3)分別增加了約2.3倍和1.7倍 。
0D聚合物納米顆粒：在各種聚合物中 ， 聚苯胺(PANI)是與MXene形成復合薄膜的有希望的候選者 。 例如 ， 將直徑約為10 nm的PANI納米顆粒與Ti3C2Tx混合以獲得混合薄膜 ， 由于PANI鏈的固有導電性 ， 該薄膜作為超級電容器的電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能 。 所制備的MX/PANI NPs混合膜在1 MH2SO4電解液中在1 mV s-1時顯示出1885 mF cm-2的相對較高的面積電容 。 此外 ， 組裝后的對稱超級電容器在88.5 W L-1和380μW cm-2時的最大能量密度分別為20.9 Wh L-1和90.3 μWh cm-2 。
表2. MXene/1D薄膜的性質(zhì)和電化學性能



圖8
MXene/1D材料的代表性策略方案：a)碳納米管 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2020 ， 施普林格 。 (b) CNF 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2019 ， 皇家化學學會 。 (c)纖維素 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2019 ， WILEY-VCH 。 d) TMO 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2020 ， 施普林格 。 (e)硬質(zhì)合金 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2022 ， 愛思唯爾 。
3.2.3 MXene/2D材料
近年來發(fā)表的超級電容器柔性MXene/2D復合膜電極列于表3 。 二維材料包括氧化石墨烯、金屬化合物納米薄片、黑磷、銻烯 ， 甚至MXene納米薄片 。 圖9顯示了用于制備Mxene/2D材料的代表性策略的示意圖 。
表3 MXene/2D薄膜材料作為超級電容器電極的性能和性能



圖9
制備MXene/2D材料的代表性策略方案：a)石墨烯 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2017 ， 皇家化學學會 。 b) MOF 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2019 ， WILEY-VCH 。 (c) TMD 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2019 ， WILEY-VCH 。 d) LDH 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2020 ， 愛思唯爾 。 e) 2D展覽 ， 經(jīng)許可復制 。 版權所有2020 ， 皇家化學學會 。 (f)類石墨烯材料 。 經(jīng)許可轉載 。 版權所有2021 ， Wiley-VCH 。
表4 MXene/多維復合材料的性能和性能
圖10總結了尺寸材料改性的比電容 。 從2017年到2022年 ， 基于MXene復合薄膜的柔性超級電容器得到了越來越多的探索 。 目前 ， 當使用2D NiCo-LDHs作為改性成分時 ， 記錄的重量電容為1207 F g-1 。 面積電容和體積電容的記錄分別為3403 mF cm-2和4255 F cm-3 。 同時 ， 0D和1D改性元件也帶出了高性能電容 。 然而 ， 多維修飾成分的研究才剛剛開始 ， 值得進一步研究 。



圖10
用不同尺寸材料修飾的基于MXene的電極的比電容 。
用于柔性超級電容器的基于MXene的復合薄膜的Ragone圖如圖11所示 。 從體積和重量能量密度的角度來看 ， 代表2D改性組件的紅色橢圓顯示出相對較高的性能（圖11a、b、d） ， 而黃色根據(jù)最近公開文獻中報道的結果（圖11c） ， 代表1D修改組件的橢圓從面能量密度的角度顯示出相對較高的性能 。 在某種程度上 ， 0D材料（例如 ， Ag、FeOOH QD）、1D材料（例如 ， MoO3、Co-Fe氧化物、BC@PPy）和2D材料（例如 ， CoAl-LDH、NiCo-LDH、銻烯、MPF）是在提高器件的能量密度方面更有希望 。



圖11

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