Carbon nanotubes boosts the toughness and conductivity of wet-spun MXene fibers for fiber-shaped super capacitors

材料科学 超级电容器 碳纳米管 复合材料 纤维 纺纱 韧性 储能 电极 电导率 超细纤维 电容 物理化学 物理 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Xu Zhao,Jizhen Zhang,Ke Lv,Na Kong,Yanqiu Shao,Jinlong Tao
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:200: 38-46 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.08.045
摘要

Mechanically strong and electrically conducting fibers, particularly those with high specific capacitances, are promising fiber-shaped electrodes for fiber- and textile-based energy storage devices like fiber-shaped supercapacitors (FSCs). However, a high loading of fillers or bridging agents is commonly required to fabricate fiber electrodes with good mechanical strength, which compromises electrical conductivity and energy storage performance. Herein, an easily scalable wet-spinning strategy is reported to fabricate multifunctional Ti3C2Tx MXene/carbon nanotubes (MXene/CNT) hybrid fibers from a harmonious mixture of MXene and CNT in water and using acetic acid as a coagulation bath. The hybrid fiber achieved high strength (61 ± 7 MPa), good conductivity (1142.08 ± 40.04 S cm−1) and excellent energy storage performance (∼295 F g−1 at 5 mV s−1) at a very low CNT content of ∼1 wt%. When CNT loading increased to ∼9 wt%, the maximum strain at broken reached 161 ± 19 MPa and conductivity further increased to 1715 ± 22 S cm−1. The excellent mechanical performance allows hybrid fibers to be knitted into textiles for energy storage textiles. The assembled FSCs exhibit energy and power densities of ∼6.08 mW h cm−3 and ∼6440 mW cm−3, respectively. The excellent performance of MXene/CNT fiber and good feasibility for scalable production will open up new opportunities for the development of wearable and textile-based devices in the near future.
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