Human-friendly flexible solid-state biodegradable supercapacitor based on Ti3C2T MXene film without adhesive structure

材料科学 超级电容器 生物电子学 MXenes公司 纳米技术 储能 电解质 X射线光电子能谱 电极 化学工程 电化学 生物传感器 物理化学 功率(物理) 化学 物理 量子力学 工程类
作者
Xiaofeng Zhang,Muhammad Sufyan Javed,Hongjia Ren,Xinze Zhang,Salamat Ali,Kaiming Han,Awais Ahmad,Ammar M. Tighezza,Weihua Han,Kui‐Qing Peng
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:40: 101496-101496 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2024.101496
摘要

With the rapid development of biomedical technology, biodegradable and implantable energy storage devices for biosensor and bioelectronics applications have attracted the great attention of scientists. However, the limited energy density, poor biocompatibility, and excessive space occupation of existing biodegradable energy storage devices pose major challenges to their application in the biomedical field. To address these challenges, in this work, flexible Ti3C2Tx film with an adhesive-free structure construction is proposed as electrode material for the flexible solid-state biodegradable supercapacitor (FSBSC). The morphology and structure of MXene films were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman, scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). A 0.9% NaCl saline, similar human body fluids was used as the electrolyte solution to construct symmetrical FSBSC (Ti3C2Tx//NaCl-PVA//Ti3C2Tx-FSBSC) Poly(vinyl alcohol) (PVA). The Ti3C2Tx//NaCl-PVA//Ti3C2Tx-FSBSC exhibits a high capacitance of 112 F/g at 1 A/g, excellent rate capability (73.2% at 20 A/g), long lifetime (81.6% after 10,000 cycles), and high specific energy/power (62.3 Wh/kg at 1000.8 W/kg). The charge storage mechanism was analyzed using ex situ XRD, TEM, and density function theory (DFT). DFT results show that the Ti3C2Tx (Tx = O)) electrode possesses metallic properties. The calculated adsorption energies (Eads) and smaller diffusion barriers of Na+ ions further proved the outstanding performance of the Ti3C2Tx electrode. Moreover, the apparatus is entirely biodegradable, thereby paving a promising path for the progression of bioelectronics and biomedical energy storage technologies.
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