Bio‐Inspired Interfacial Engineering of MXene Fibers Toward Synergistic Improvement in Mechanical Strength and Electrochemical Performance

材料科学 纳米纤维 超级电容器 复合材料 纤维 凯夫拉 纳米技术 电化学 电极 复合数 物理化学 化学
作者
Henghan Dai,Jin Chang,Jia Yang,Huifang Wang,Jinyuan Zhou,Gengzhi Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (11) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202312654
摘要

Abstract High‐performance fibrous materials urgently desired for fabricating energy storage devices to power wearable textile electronics are expected excellent mechanical properties, improved output capacitance, and rapid charge/discharge capability; nevertheless, their contradictory requirements in material design impose immense challenges. Inspired by the robust structure of higher plants that evolve over millions of years, herein, an interfacial engineering strategy is proposed for synergizing the mechanical strength and electrochemical performance of Ti 3 C 2 T X MXene fibers by selecting aramid (Kevlar) nanofibers and borate ions (B) as the enhancers. The intercalation of Kevlar nanofibers endows the nascent wet‐spun MXene gel fibers with a high stretchable ratio through physical interaction (hydrogen bonds), greatly aligning the orientation of MXene nanosheets. B‐cross‐links introduce covalent bonds between MXene nanosheets, which together with hydrogen bonds significantly enhance fiber strength. More importantly, optimal ion transport kinetics is achieved by synergizing the inverse impacts of Kevlar nanofibers and B‐cross‐link on interlayer spacing, guaranteeing excellent electrochemical performances. Benefiting from their excellent mechanical, electrical, and electrochemical performances, borate (B)‐cross‐linked MXene/Kevlar fibers (MKB) are simultaneously adopted as fibrous electrodes and receiving antennae for asymmetric supercapacitors with wireless charging functions. The proposed strategy provides an avenue for designing high‐performance functional fibers for future wearable applications.
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