High-performance flexible all-solid-state asymmetric supercapacitors based on binder-free MXene/cellulose nanofiber anode and carbon cloth/polyaniline cathode

材料科学 超级电容器 假电容 阳极 阴极 聚苯胺 电极 纳米纤维 纳米技术 储能 复合材料 电容 光电子学 聚合 聚合物 电气工程 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Xiaoyu Bi,Mei‐Chun Li,Guoqiang Zhou,Chaozheng Liu,Runzhou Huang,Shiwen Yang,Ben Bin Xu,Zhanhu Guo,Wei Fan,Hassan Algadi,Shengbo Ge
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (5): 7696-7709 被引量:17
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5586-1
摘要

Abstract The search for wearable electronics has been attracted great efforts, and there is an ever-growing demand for all-solid-state flexible energy storage devices. However, it is a challenge to obtain both positive and negative electrodes with excellent mechanical strength and match positive and negative charges to achieve high energy densities and operate voltages to satisfy practical application requirements. Here, flexible MXene (Ti 3 C 2 T x )/cellulose nanofiber (CNF) composite film negative electrodes (MCNF) were fabricated with a vacuum filtration method, as well as positive electrodes (CP) by combining polyaniline (PANI) with carbon cloth (CC) using an in-situ polymerization method. Both positive and negative free-standing electrodes exhibited excellent electrochemical behavior and bendable/foldable flexibility. As a result, the all-pseudocapacitance asymmetric device of MCNF//CP assembled with charge-matched between anode and cathode achieves an extended voltage window of 1.5 V, high energy density of 30.6 Wh·kg −1 (1211 W·kg −1 ), and 86% capacitance retention after 5000 cycles, and the device maintains excellent bendability, simultaneously. This work will pave the way for the development of all-pseudocapacitive asymmetric supercapacitors (ASC) with simultaneously preeminent mechanical properties, high energy density, and wide operating voltage window.

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