Ordered Interface Engineering Enabled High-Performance Ti3C2Tx MXene Fiber-Based Supercapacitors

电容 超级电容器 材料科学 纤维 纳米技术 多孔性 光电子学 电容感应 电极 复合材料 电气工程 工程类 物理化学 化学
作者
Yuman Zhang,Xiaolin Zhu,Suya Sun,Qirui Guo,Meigui Xu,Guan Wu
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:36 (14): 7898-7907 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.2c01882
摘要

The advanced design of heterostructured fibers with ordered transport channels and porous frameworks for high-speed ions/electrons kinetics is principally fundamental for high-performance fiber-based supercapacitors (FSCs). However, typically low energy-storage performances restrict their substantive applications due to a fibrous restacking phenomenon and poor interfacial charge transfer. Here, we develop an ordered core–shell fiber, wherein the porous zeolitic imidazolate framework-67 (ZIF-67) polyhedron shell is uniformly loaded on a highly conductive Ti3C2Tx core via a versatile microfluidic method. Due to the improved porous generation, ordered porous pathways, large exposed surface, and in situ interfacial electron transfer, the ZIF-67@Ti3C2Tx fiber displays excellent volumetric capacitance (972 F cm–3) and long-term cycling stability (90.8% capacitive retention after 20 000 cycles) in 1 M KOH electrolytes. Meanwhile, the flexible solid-state ZIF-67@Ti3C2Tx FSCs maintain a good capacitance, large bending/wearable stabilities, and steady temperature-dependent capability. Based on those significant electrochemical performances, the supercapacitors can impressively power various electrical devices [e.g., light-emitting diodes (LEDs), displays, electric fans, pinwheels, and rolling bells], which will guide the practical progress of miniaturized energy technologies and smart electronics.

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