目前，全固態(tài)超級(jí)電容器首要包括兩種結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)的三明治結(jié)構(gòu)的固態(tài)超級(jí)電容器和平面結(jié)構(gòu)的微型超級(jí)電容器。而高功能的超級(jí)電容器的電極資料需求有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性、較高的電導(dǎo)率和優(yōu)異的電容功能。
作為一種新式的過(guò)渡金屬碳化物（一個(gè)過(guò)渡金屬和一個(gè)第三或第四族的元素（如Al, Ge, Si等）以及碳或氮元素組成的化合物），MXene（如Ti3C2Tx）因其特有的二維層狀結(jié)構(gòu)、較高的導(dǎo)電性以及化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，廣泛地使用在鋰離子電池、超級(jí)電容器和電催化反響中。但是研討發(fā)現(xiàn)，MXene的尺寸（≈200 nm）相對(duì)較小，不利于構(gòu)建高功能、柔性的大面積薄膜型全固態(tài)超級(jí)電容器電極。
德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮教授，莊小東博士和中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春使用化學(xué)研討所牛利研討員（一起通訊作者）以此為著眼點(diǎn)，協(xié)作制備了根據(jù)MXene和電化學(xué)剝離的石墨烯納米復(fù)合物薄膜電極，并將其使用到傳統(tǒng)的固態(tài)超級(jí)電容器和平面的微型超級(jí)電容器中。
該復(fù)合膜具有兩方面的優(yōu)勢(shì)：其一，電化學(xué)剝離的高質(zhì)量的石墨烯層能夠作為整個(gè)膜電極的機(jī)械支架，進(jìn)一步的增強(qiáng)膜電極全體的柔性、穩(wěn)定性和長(zhǎng)程導(dǎo)電性；其二，MXene納米片穿插在石墨烯片層之間，能夠供給很多的層距離，有利于充放電過(guò)程中離子的快速嵌入和脫嵌。
得到的膜電極在組裝成傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)柔性超級(jí)電容器后，在0.1 A cm-3的電流密度時(shí)，其體積電容高達(dá)216 F cm-3，一起在2500次充、放電循環(huán)后，比容量仍能堅(jiān)持85.2%。別的，經(jīng)過(guò)掩膜版噴涂溶液相的MXene/電化學(xué)剝離石墨烯墨水制備的叉指狀微型超級(jí)電容器，在5 mV s-1的循環(huán)伏安掃描速度下，其面積電容和體積電容別離高達(dá)3.26 mF cm-2和33 F cm-3，這些功能指標(biāo)高于目前大部分同類(lèi)文獻(xiàn)所報(bào)導(dǎo)的數(shù)值。
隨后，對(duì)此微超級(jí)電容器進(jìn)行彎折的柔性狀態(tài)下進(jìn)行循環(huán)測(cè)驗(yàn)，在2500次循環(huán)充放電之后，其電容功能仍然能夠堅(jiān)持82%。值得重視的是，在該作業(yè)中，我們使用克己的電化學(xué)剝離設(shè)備制備出的電剝離石墨烯具有高產(chǎn)率，高碳氧比和高分散性等特色。
該作業(yè)經(jīng)過(guò)電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化規(guī)劃，使用簡(jiǎn)略的方法制備了高功能的超級(jí)電容器電極資料，這為制備低成本、高效率的柔性?xún)?chǔ)能器材拓荒了一條新思路。
