Nacre-Inspired Strong MXene/Cellulose Fiber with Superior Supercapacitive Performance via Synergizing the Interfacial Bonding and Interlayer Spacing

材料科学 超级电容器 电容 纤维 复合材料 极限抗拉强度 储能 功率密度 纳米技术 光电子学 功率(物理) 电极 化学 物理 物理化学 量子力学
作者
Huifang Wang,Yurong Wang,Jin Chang,Jia Yang,Henghan Dai,Zhongming Xia,Zengyu Hui,Rui Wang,Wei Huang,Gengzhi Sun
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (12): 5663-5672 被引量:94
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01307
摘要

MXene fibers are promising candidates for weaveable and wearable energy storage devices because of their good electrical conductivity and high theoretical capacitance. Herein, we propose a nacre-inspired strategy for simultaneously improving the mechanical strength, volumetric capacitance, and rate performance of MXene-based fibers through synergizing the interfacial interaction and interlayer spacing between Ti3C2TX nanosheets. The optimized hybrid fibers (M-CMC-1.0%) with 99 wt % MXene loading exhibit an improved tensile strength of ∼81 MPa and a high specific capacitance of 885.0 F cm-3 at 1 A cm-3 together with an outstanding rate performance of 83.6% retention at 10 A cm-3 (740.0 F cm-3). As a consequence, the fiber supercapacitor (FSC) based on the M-CMC-1.0% hybrid delivers an output capacitance of 199.5 F cm-3, a power density of 1186.9 mW cm-3, and an energy density of 17.7 mWh cm-3, respectively, implying its promising applications as portable energy storage devices for future wearable electronics.
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