Highly Flexible, Freestanding Supercapacitor Electrode with Enhanced Performance Obtained by Hybridizing Polypyrrole Chains with MXene

材料科学 聚吡咯 超级电容器 电容 电极 导电聚合物 电解质 纳米技术 导电体 电导率 化学工程 电化学 复合材料 聚合物 聚合 工程类 物理化学 化学
作者
Minshen Zhu,Yang Huang,Qihuang Deng,Jie Zhou,Zengxia Pei,Qi Xue,Yan Huang,Zifeng Wang,Hongfei Li,Qing Huang,Chunyi Zhi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:6 (21) 被引量:690
标识
DOI:10.1002/aenm.201600969
摘要

Though polypyrrole (PPy) is widely used in flexible supercapacitors owing to its high electrochemical activity and intrinsic flexibility, limited capacitance and cycling stability of freestanding PPy films greatly reduce their practicality in real‐world applications. Herein, we report a new approach to enhance PPy's capacitance and cycling stability by forming a freestanding and conductive hybrid film through intercalating PPy into layered Ti 3 C 2 (l‐Ti 3 C 2 , a MXene material). The capacitance increases from 150 (300) to 203 mF cm −2 (406 F cm −3 ). Moreover, almost 100% capacitance retention is achieved, even after 20 000 charging/discharging cycles. The analyses reveal that l‐Ti 3 C 2 effectively prevents dense PPy stacking, benefiting the electrolyte infiltration. Furthermore, strong bonds, formed between the PPy backbones and surfaces of l‐Ti 3 C 2 , not only ensure good conductivity and provide precise pathways for charge‐carrier transport but also improve the structural stability of PPy backbones. The freestanding PPy/l‐Ti 3 C 2 film is further used to fabricate an ultra‐thin all‐solid‐state supercapacitor, which shows an excellent capacitance (35 mF cm −2 ), stable performance at any bending state and during 10 000 charging/discharging cycles. This novel strategy provides a new way to design conductive polymer‐based freestanding flexible electrodes with greatly improved electrochemical performances.
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