柔性超级电容器由于其优异的电化学性能和机械灵活性，在电子领域有着更广阔的应用前景。然而，由于电极结构稳定性的限制，扩大其应用仍具有挑战性。本研究采用真空过滤和静电纺丝的方法制备了柔性氮掺杂碳纳米管(N-CNT)/Ti₃C₂T_x(MXene)/聚丙烯腈(PAN)纳米复合膜作为超级电容器电极。碳纳米管的引入扩大了MXene的层间距，进一步抑制了纳米片的堆积。层间距的扩大为离子传输提供了通道，也使MXene暴露出更多的活性位点，为电化学性能提供了主要贡献。因此，在5 mV s⁻¹时，N-CNT/MXene/PAN复合膜电极具有669.27 mF cm⁻²的高面积比电容和446.18 F g⁻¹的高质量比电容。4000次循环后，其循环稳定性为90.9%，优于近期报道的电极。同时，复合膜在不同弯曲角度下具有良好的柔韧性和较小的容量损失。这种简易的合成策略为开发具有优异电化学性能的柔性电极提供了新的研究思路。
 
 
Figure 1. N-CNT/MXene/PAN纳米复合膜的制备示意图。
 
 
Figure 2. (a)纯PAN和(b) m-Ti₃C₂T_x的SEM图像。(c1) d-Ti₃C₂T_x的TEM图像。(c2) N-CNTs/d-Ti₃C₂T_x的TEM图像。(d) N-CNTs/MXene/PAN的SEM图像。(e) N- CNTs的C和N的EDS元素映射。(f) (I) CNTs和(II) N-CNTs的照片，以揭示其稳定性。
 
 
Figure 3. (a) N- CNT /MXene/PAN复合薄膜的XPS测量和(b - d)高分辨率XPS C 1s (b)，Ti 2p (C)和N 1s (d)光谱。
 
 
Figure 4. (a) (I) PAN复合膜和(II)滤纸的应力-应变曲线。(b和c) NMP-1的照片以显示其灵活性。(d) N-CNTs、d-Ti₃C₂T_x和NMP-2的红外光谱和XRD谱图。(f) NMP-0、NMP-1、NMP-2和NMP-3的拉曼光谱。
 
   
Figure 5. (a) NMP-0和(b) NMP-2在5、10、20、50、80、100和200 mV s⁻¹扫描速率下的CV曲线。(c) NMP-0和(d) NMP-2在1、2、5、10和20 mA cm⁻²不同电流密度下的GCD曲线。
 
 
Figure 6. (a) NMP-0、NMP-1、NMP-2、NMP-3电极的GCD曲线。(b) NMP-0、NMP-1、NMP-2和NMP-3的EIS测量。(c)比面积电容与扫描速率图像。(d)比质量电容vs扫描速率图像。
 
  
Figure 7. (a)面积电容与扫描速率平方根(ν^0.5)的倒数曲线。(b)面积电容与扫描速率平方根倒数的曲线(ν^-0.5)。(c)不同扫描速率下的容量贡献。扫描速率为(d) 5 mV s⁻¹和(e) 200 mV s⁻¹时的伏安电流响应。(f) NMP-2在10 mA cm⁻²下的循环稳定性。
 
 
Figure 8. (a) NMP-2电极不同弯曲角度示意图。(b) NMP-2电极在不同弯曲角度下的CV曲线。NMP-2在弯曲角度(c) 90°和(d) 180°时的循环稳定性(插图代表NMP-2电极的第一次和最后一次循环曲线)。
  
      相关研究工作由北京林业大学Ming-Guo Ma课题组于2021年发表在《INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH》上，原文：Preparation of Flexible N‑Doped Carbon Nanotube/MXene/PAN Nanocomposite Films with Improved Electrochemical Properties。

转自《石墨烯研究》公众号