3D Cross-linked Ti3C2Tx-Ca-SA films with expanded Ti3C2Tx interlayer spacing as freestanding electrode for all-solid-state flexible pseudocapacitor

材料科学 纳米技术 电极 超级电容器 准固态 储能 电容 假电容器 电解质 假电容 光电子学 化学 量子力学 物理 物理化学 功率(物理) 色素敏化染料
作者
Handan Liu,Yanyan Liu,Dan Xu,Long Chen,Wen Guo,Tiantian Gu,Feng Yu,Gang Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:610: 295-303 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.10.127
摘要

Ti3C2Tx, a member of the MXene, has attracted extensive interest because of its high conductivity, unique two-dimensional (2D) structure and intrinsic pseudocapacitance for supercapacitors. Flexible and freestanding Ti3C2Tx films are promising electrodes for functioned supercapacitors used in wearable and portable electronic devices. However, the severe self-restacking of 2D Ti3C2Tx nanosheets restraints their practical application. Herein, freestanding and flexible three-dimensional (3D) cross-linked Ti3C2Tx-Ca-SA (sodium alginate) films with expanded Ti3C2Tx interlayer spacing are reported. The expanded interlayer spacing allows more electrolyte ions to quickly intercalate providing more intercalation pseudocapacitance, while the 3D cross-linked microstructure ensures a continuous conductive network facilitating charges transport. Attributing to the unique structure, the Ti3C2Tx-Ca-SA film delivers an outstanding areal capacitance (633 mF cm-2 at 5 mV s-1). Meanwhile, the assembled all-solid-state pseudocapacitor shows good flexibility and capacity stability under various bending conditions. The device exhibits a high energy density up to 12.6 µWh cm-2 at the power density of 375 µW cm-2 and excellent cycling stability, which are much better than prior reported state-of-the-art supercapacitors. This research exploits a simple method to optimize the structure of MXene as state-of-the-art electrodes for high-performance flexible energy-storage devices.

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