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金沙刘宗怀教授、何学侠副教授团队在全温柔性超级电容器研究中取得重要进展
发布时间:2021-03-25     作者:     浏览量:   分享到:

        Ti3C2Tx(MXene)具有二维层状结构、类金属高导电率(15000 S cm-1)与高体积比电容(1500 F cm-3),是制备柔性纤维电极的理想候选材料。但是,由于采用化学刻蚀、剥离制备的Ti3C2Tx纳米片横向尺寸小及层间作用力弱,使得通过湿法纺丝制备兼具柔性和优越电容性能Ti3C2Tx纤维存在一定的挑战。另外,由Ti3C2Tx纤维电极组装的纤维超级电容器在严寒或炎热条件下电容会严重下降,严重影响其在极端天气中的应用。因此,迫切需要开发一种全温Ti3C2Tx基纤维超级电容器以适应不同温度应用需求,但关于全温全固态Ti3C2Tx基纤维超级电容器鲜有报道。

        近日,金沙刘宗怀教授和何学侠副教授课题组,以一维芳纶纳米纤维(ANF)作为柔性功能添加剂,二维Ti3C2Tx纳米片为组装单元,采用湿法纺丝技术,在0.5 M FeCl2凝固浴中成功制备了兼具柔性与高电容性能Ti3C2Tx/ANF(T/A)复合纤维电极。同时,将剥离后的蒙脱土纳米片(F-MMT)及二甲基亚砜(DMSO)引入到传统的聚乙烯醇-硫酸(PVA-H2SO4)水凝胶电解质中,成功制备了具有低温抗冻、高温耐热、质轻、柔性和高离子导电性F-MMT/PVA有机水凝胶电解质。以Ti3C2Tx/ANF-5纤维作为正负极、F-MMT/PVA有机水凝胶电解质作为电解质和隔膜,分步浸泡成功组装了全温全固态柔性F-MMT/PVA T/A-5基纤维超级电容器。组装的纤维超级电容器具有295 F·cm-3的高比电容和26.2 mWh cm-3的体积能量密度, 10000次充电/放电循环后电容保持率为91%。同时,F-MMT/PVA T/A-5基纤维超级电容器在-40~80 °C的宽温度范围内展现出了良好的柔性和优异的电容性能。该研究为设计和组装具有电容性能和柔性优化平衡的全温度全固态对称柔性纤维超级电容器提供了新策略。

        相关研究成果以题为“Full-Temperature All-Solid-State Ti3C2Tx/Aramid Fiber Supercapacitor with Optimal Balance of Capacitive Performance and Flexibility”发表在Adv. Funct. Mater.上,金沙硕士研究生刘奇为第一作者,刘宗怀教授和何学侠副教授为共同通讯作者。

        论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010944


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