北科納米可提供聚苯胺納米點修飾的MXene膜電極（可定制）

MXene（Ti3C2Tx）膜具有超薄特性，而且具有超高的體積電容，因此在柔性儲能設備（尤其是超級電容器）中受到高度青睞。與基于MXene的對稱超級電容器相比，通過組合正極材料和負極MXene設計不對稱器件可以加寬工作電壓范圍并進一步提高體積能量密度。然而，具有與原始MXene膜電極相當?shù)捏w積電容的理想的柔性正電極很少。

最近，哈爾濱工業(yè)大學Guohui Yuan教授課題組在國際知名學術期刊Chemical Engineering Journal?發(fā)表一篇題目為：Scalable Fabrication of Polyaniline Nanodots decorated MXene Film Electrodes Enabled by Viscous Functional Inks for High-Energy-Density Asymmetric Supercapacitors的研究論文，該研究通過合理的層間異質(zhì)結(jié)工程技術使基于MXene的電極在正電壓下同樣具有超高的體積性能（1167 F cm-3）。將小的PANI納米顆粒（約10nm）插入MXene夾層中以形成緊湊的PANI / MXene薄膜電極。此外，功能性的PANI/ MXene油墨被用于大規(guī)模地制造復合膜。在電極中，MXene納米片與分散的PANI納米粒子結(jié)合了導電和柔性基材的綜合功能。同時，PANI納米顆粒不僅充當高擬電容材料，而且還充當層間導電柱成分，以減少MXene堆積并實現(xiàn)電子和離子傳輸，從而獲得出色的協(xié)同效應。此外，組裝后的不對稱器件由全贗電容緊湊膜材料組成，可提供高達65.6 Wh L-1（1687.3 W L-1）的高能量密度。

圖1.?PANI / MXene油墨和自支撐PANI / MXene柔性薄膜的制備示意圖

圖2.（a）分層的MXene納米片的TEM圖像 （b）MXene納米片的AFM圖像，以及（c）沿（b）中線的相應高度輪廓（d）分別分散在不同溶劑中的MXene，PANI和PANI / MXene復合材料的數(shù)碼照片（e-g）來自溶液輔助自組裝的（e，f）低PANI質(zhì)量百分比（20％）和（g）高PANI質(zhì)量百分比（70％）的PANI/ MXene復合材料的TEM圖像 （f）SAED圖譜 （h）XPS圖譜（i）C 1s的高分辨率XPS光譜

圖3.?使用PANI0.7 / MXene油墨介紹了粘性油墨的性能，隨后對有/無基材的成膜進行了演示

圖4.（a-f）相應材料的橫截面圖像表明PANI納米顆粒和MXene納米片很好地組裝在一起，從而在復合薄膜中形成有序的堆疊結(jié)構(gòu)（h）樣品密度和膜厚度隨PANI納米材料含量的增加而變化（i）純MXene膜和PANI/ MXene膜的XRD圖案 （j）EDX元素映射圖

圖5.?PANI0.7 / MXene膜電極的電化學性能圖

圖6.以PANI0.7/ MXene和MXene電極分別用作正極和負極設計的全贗電容非對稱器件的電化學性能

? ? ? ?本文通過使用PANI / MXene油墨，采用簡單的刮刀涂布技術成功地大規(guī)模制造了自支撐PANI /MXene膜。在復合膜中，小型PANI納米顆粒插入MXene夾層中，形成緊湊的插入結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)中，MXene納米片和PANI納米粒子之間的分子間結(jié)合賦予薄膜良好的柔韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時，建立快速的電子和離子傳輸路徑以實現(xiàn)高電化學性能。結(jié)果，最佳的PANI0.7 / MXene在1M H2SO4水性電解質(zhì)中表現(xiàn)出超高的體積電容性能，與在相同電解質(zhì)中測試的純MXene電極相比，在5 mV s-1時為1167 F cm-3。由于在復合膜的中間層中有大量的正電化學活性PANI納米顆粒，因此工作電位窗口可以擴展到0.8V。此外，通過將正PANI0.7 / MXene膜和負MXene膜組裝在一起，可以制造全贗電容非對稱器件，以擴大電壓窗口并增強基于MXene的對稱超級電容器的體積能量密度。在功率密度為1687.3 W L-1時，獲得的最大能量密度為65.6 Wh L-1，超過了先前報道的大多數(shù)基于MXene的超級電容器。我們提出的將正電化學活性材料錨固在MXene中間層中以實現(xiàn)緊湊的電極結(jié)構(gòu)的策略對于推進高能量密度儲能設備非常有效。

文獻鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126664