Multifunctional Nanocomposites with High Strength and Capacitance Using 2D MXene and 1D Nanocellulose

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作者
Weiqian Tian,Armin VahidMohammadi,Michael S. Reid,Zhen Wang,Liangqi Ouyang,Johan Erlandsson,Torbjörn Pettersson,Lars Wågberg,Majid Beidaghi,Mahiar Max Hamedi
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (41) 被引量:372
标识
DOI:10.1002/adma.201902977
摘要

Abstract The family of two‐dimensional (2D) metal carbides and nitrides, known as MXenes, are among the most promising electrode materials for supercapacitors thanks to their high metal‐like electrical conductivity and surface‐functional‐group‐enabled pseudocapacitance. A major drawback of these materials is, however, the low mechanical strength, which prevents their applications in lightweight, flexible electronics. A strategy of assembling freestanding and mechanically robust MXene (Ti 3 C 2 T x ) nanocomposites with one‐dimensional (1D) cellulose nanofibrils (CNFs) from their stable colloidal dispersions is reported. The high aspect ratio of CNF (width of ≈3.5 nm and length reaching tens of micrometers) and their special interactions with MXene enable nanocomposites with high mechanical strength without sacrificing electrochemical performance. CNF loading up to 20%, for example, shows a remarkably high mechanical strength of 341 MPa (an order of magnitude higher than pristine MXene films of 29 MPa) while still maintaining a high capacitance of 298 F g −1 and a high conductivity of 295 S cm −1 . It is also demonstrated that MXene/CNF hybrid dispersions can be used as inks to print flexible micro‐supercapacitors with precise dimensions. This work paves the way for fabrication of robust multifunctional MXene nanocomposites for printed and lightweight structural devices.
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