[前沿科技]科学家剥离出超级电容器石墨烯复合膜

来源：MaterialsViews

近年来，柔性、微型能源储存装置由于其柔韧和轻便等特点，在可穿戴电子设备、智能皮肤和便携式智能手机等方面展现出巨大的应用前景。其中，柔性的全固态超级电容器具有结构简单、制作方便、功率密度高、充放电快速、以及循环寿命长等优点，成为了能源储存器件的研究重点。

目前，全固态超级电容器主要包含两种结构：传统的三明治结构的固态超级电容器和平面结构的微型超级电容器。而高性能的超级电容器的电极材料需要有较好的电化学稳定性、较高的电导率和优异的电容性能。

作为一种新型的过渡金属碳化物（一个过渡金属和一个第三或第四族的元素（如Al, Ge, Si等）以及碳或氮元素组成的化合物），MXene（如Ti3C2Tx）因其特有的二维层状结构、较高的导电性以及化学稳定性和热稳定性，广泛地应用在锂离子电池、超级电容器和电催化反应中。然而研究发现，MXene的尺寸（≈200 nm）相对较小，不利于构建高性能、柔性的大面积薄膜型全固态超级电容器电极。

德累斯顿工业大学冯新亮教授，庄小东博士和中国科学院长春应用化学研究所牛利研究员（共同通讯作者）以此为着眼点，合作制备了基于MXene和电化学剥离的石墨烯纳米复合物薄膜电极，并将其应用到传统的固态超级电容器和平面的微型超级电容器中。

该复合膜具有两方面的优势：其一，电化学剥离的高质量的石墨烯层可以作为整个膜电极的机械支架，进一步的增强膜电极整体的柔性、稳定性和长程导电性；其二，MXene纳米片穿插在石墨烯片层之间，可以提供大量的层间距，有利于充放电过程中离子的快速嵌入和脱嵌。

得到的膜电极在组装成传统对称柔性超级电容器后，在0.1 A cm-3的电流密度时，其体积电容高达216 F cm-3，同时在2500次充、放电循环后，比容量仍能保持85.2%。另外，通过掩膜版喷涂溶液相的MXene/电化学剥离石墨烯墨水制备的叉指状微型超级电容器，在5 mV s-1的循环伏安扫描速度下，其面积电容和体积电容分别高达3.26 mF cm-2和33 F cm-3，这些性能指标高于目前大部分同类文献所报道的数值。

随后，对此微超级电容器进行弯折的柔性状态下进行循环测试，在2500次循环充放电之后，其电容性能依然可以保持82%。值得关注的是，在该工作中，我们利用自制的电化学剥离装置制备出的电剥离石墨烯具有高产率，高碳氧比和高分散性等特点。

该工作通过电极结构的优化设计，利用简单的方法制备了高性能的超级电容器电极材料，这为制备低成本、高效率的柔性储能器件开辟了一条新思路。

－－END－－－

热门话题阅读：

[行业政策]新政致新能源车产品结构调整：A00级电动车份额或回归六成以上

[企业动态]国电能源与珠海银隆签署战略协议 深耕新能源领域

[行业政策]不少新规2017年开始实施 细数影响车市的政策

[技术研究]最新电极材料改性方法发现 可大幅提高电容器容量

[产业政策]四部委联合发布调整新能源汽车财政补贴政策通知

[今日热点]国家补贴与能量密度挂钩 动力电池企业准备好了吗？

特别关注：

（1）中国微型电动车标准化技术工作委员会，是负责微型电动车团体标准工作机构， 秘书处现向社会开始征集“微型低速电动车关键零部件”相关标准制定工作。欢迎各微型电动车零部件厂商、服务机构、第三方金融机构，参与标准化工作。

（2）电源行业协会/联盟 开通“高新技术企业认定”重点服务工作申请高新企业、申请北京市项目基金补贴

（3）北京电源行业12330知识产权保护服务工作站

（4）北京电源行业协会知识产权纠纷人民调解委员会

（5） 咨询电话：010-63531554  83526510

协会及联盟会刊《电源工业》现征集广告及稿件

内容包括：电源、新能源、电动车、微型电动车产业的新产品、新技术、新动态，应用案例，技术趋势、行业热点，对以上行业的政策解读、分析、评论。

联系电话：010-63531554

投稿邮箱：ad@powermagazine.cn

刊物网站：www.powermagazine.cn