Mechanically Stable Reduced Graphene Oxide/MXene Fibers with Exceptional Volumetric Capacitance and Energy Density Mediated by Carbon Nanotubes for High-Performance Symmetrical Supercapacitors

超级电容器 材料科学 石墨烯 电容 碳纳米管 功率密度 纳米技术 纤维 电极 氧化物 制作 光电子学 复合材料 功率(物理) 病理 物理化学 化学 冶金 物理 替代医学 医学 量子力学
作者
Alei Dang,Yanying Han,Yiting Sun,Yuhui Liu,Zhao Zhao,Xin Liu,Amir Zada,Yongkang Han,Tiehu Li,Jing Li
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (13): 5548-5558 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c01094
摘要

Flexible fiber-based supercapacitors (SCs) as power sources are highly anticipated for their potential applications in wearable and portable devices. However, it is still a big challenge to fabricate SCs with good electrochemical performance and high mechanical strength in a controllable and easy way. Here, we fabricated a reduced graphene oxide/Ti3C2Tx/carbon nanotube (rGO/Ti3C2Tx/CNT) fiber-based electrode using wet spinning and reduction processes. Benefiting from the π–π stacking interaction, hydrogen bonding and van der Waals’ forces between GO/Ti3C2Tx hybrid nanosheets and treated CNTs, a wearable, flexible, and knittable rGO/Ti3C2Tx/CNT-30 fiber electrode (272.0 MPa) was fabricated. More interestingly, the assembled symmetric all-solid SC from rGO/Ti3C2Tx/CNT-30 exhibited a high volumetric capacitance (Cv, 336.1 F·cm–3) and an excellent cycling stability after 3000 cycles at a current density of 2 A·cm–3. As a result, the fabricated SCs demonstrated a high volumetric energy density of 23.11 mWh·cm–3 at a power density of 1600 mW·cm–3 in the PVA/H2SO4 electrolyte. This work provides a designed rule for the fabrication of high-performance fiber-based SCs with potential applications in wearable, knittable, and portable devices.
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