DOI: 10.1002/adfm.202010944
全溫度全固態柔性對稱纖維超級電容器（FSCs）是使用蒙脫土薄片/聚乙烯醇有機水凝膠（F-MMT/PVA OHGE）作為電解質和隔膜，Ti3C2Tx/ANF-5％（T/A-5）纖維作為電極組裝而成的，其中以分層Ti3C2Tx納米片為組裝單元，5％芳族聚酰胺納米纖維（ANF）為功能性添加劑，采用濕法紡絲在含0.5m FeCl2溶液的凝固浴中制備了T/A-5纖維。T/A-5雜化纖維在3m H2SO4電解質中的比容量為807F/cm3，機械強度為104MPa，電導率為1025S/cm。經1萬次充/放電循環后，組裝的F-MMT/PVA OHGE T/A-5 FSC在5A/cm3的電流密度下不僅顯示出295F/cm3的比電容和91％的電容保持率，而且其最大體積能量密度為26.2mWh/cm3。同時，組裝后的器件在-40至80℃的較寬溫度范圍內具有良好的柔性和出色的電容性能，FSC的電化學性能在不同彎曲度下得以保持。這項研究為設計和組裝全溫度全固態對稱柔性FSCs提供了一種有效的策略，在電容性能和柔性之間達到最佳平衡。
圖1.a）柔性Ti3C2Tx/ANF雜化纖維的制備示意圖，b）前驅體Ti3AlC2、ml-Ti3C2Tx粉末和干燥d-Ti3C2Tx的XRD圖譜，c）d-Ti3C2Tx懸浮液的數字圖像，d）d-Ti3C2Tx的TEM和e）HR-TEM圖像，f）PPTA的FE-SEM圖像，g）PPTA和ANF的拉曼光譜，以及h）ANF懸浮液的數字圖像和i）TEM圖像。
圖2.Ti3C2Tx墨水（20mg/mL）的流變特性：a）粘度和剪切速率之間的關系，b）Ti3C2Tx墨水的剪切應力與剪切速率的關系，以及c）Ti3C2Tx墨水的儲能模量（G'）和損耗模量（G”）（插圖：Ti3C2Tx墨水的G'/G”比值與頻率的函數關系），d）Ti3C2Tx基纖維的形成機理，e）T/A-5纖維的FE-SEM以及相應的Ti、C和O元素映射圖，f）具有不同ANF量的T/A纖維的XRD圖譜，g）Ti3C2Tx纖維、ANF膜和T/A-5纖維的FT-IR光譜。
圖3.電化學性能和柔性表征：a）具有不同ANF量的T/A纖維電極在100mV/s下的CV曲線，b）3A/cm3時的GCD曲線，c）電容與電流密度的關系，d）奈奎斯特圖，e）拉伸強度-應變曲線，f）20-200mV/s時的CV曲線，g）3-15A/cm3時的GCD曲線，h）T/A-5纖維的可編織性，光學圖像顯示該纖維可以支持一輛50g的車，i）將最大拉伸強度和電導率與以前的MXene基雜化纖維進行比較。
圖4.a）F-MMT/PVA水凝膠電解質的制備過程示意圖，b）在各種條件下柔性輕質F-MMT/PVA膜的光學圖像，c）F-MMT/PVA膜的表面FE-SEM圖像（插圖為高分辨率圖像）和d）橫截面FE-SEM圖像，e）氮氣氣氛下F-MMT、PVA和F-MMT/PVA材料的TGA分析，f）DMSO/H2O二元溶劑電解質的DSC分析，其中χDMSO=0.3，g）凝固點與DMSO摩爾分數的關系，h）具有不同χDMSO的DMSO/H2O二元溶劑的局部拉曼光譜。
圖5.F-MMT/PVA OHGE T/A-5 FSC與PVA HGE T/A-5 FSC的電化學性能比較：a）F-MMT/PVA OHGE T/A-5 FSC的組裝示意圖，b）奈奎斯特圖，c）低頻下Z'與ω-1/2的線性擬合，d）掃描速率為20mV/s時的CV曲線；e）電流密度為0.25A/cm3時的GCD曲線，f）電容與電流密度的函數關系，g）F-MMT/PVA OHGE T/A-5 FSC和PVA HGE T/A-5 FSC在5A/cm3下進行10000次循環后的循環穩定性。
圖6.電解質的溶劑化能與χDMSO的關系。
圖7.F-MMT/PVA OHGE T/A-5 FSC在全溫度下的電化學性能和在不同溫度下的柔性：a）F-MMT/PVA OHGE的溫度依賴性離子電導率，b）掃描速率為50mV/s時的CV曲線，c）電流密度為1A/cm3時的GCD曲線，d）循環次數與比容量之間的關系，e）體積能量密度（EV）和體積功率密度（PV）與溫度的函數關系，f）在室溫下與其他報告的MXene基FCSs相比較的Ragone圖，g）在不同曲線半徑處的光學照片，h）在不同曲線半徑處的CV曲線，以及i）F-MMT/PVA OHGE T/A-5 FSC在180°下彎曲100次后的電容保持曲線（插圖為初始和100次彎曲的CV曲線）。
圖8.各種電解質的綜合性能雷達圖。
微信二維碼
