Hierarchical porous “skin/skeleton”-like MXene/biomass derived carbon fibers heterostructure for self-supporting, flexible all solid-state supercapacitors

超级电容器 材料科学 异质结 固态 多孔性 生物量(生态学) 纳米技术 复合材料 化学工程 碳纤维 化学 电极 电容 复合数 工程类 光电子学 生态学 物理化学 生物
作者
Li Sun,Qiang Fu,Chunxu Pan
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:410: 124565-124565 被引量:105
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.124565
摘要

Abstract Two-dimensional transition metal carbide and nitride are promising energy storage materials. However, the aggregation and rearrangement of two-dimensional nanosheets limit their electrochemical performance. In this paper, a novel hierarchical porous “skin/skeleton”-like MXene/biomass derived carbon fibers (MXene/CF) heterostructure is prepared by one-step pyrolysis, which efficiently weakens the stacking of MXene nanosheets. Moreover, MXene/CF has a well-defined hierarchical porous structure, thereby facilitating electrolyte penetration and providing efficient and stable channels for rapid diffusion/transfer of ions to the electrode and producing functional MXene-based electrodes. When MXene/CF heterostructure is applied as a self-supporting electrode for supercapacitors, the electrode has high volumetric capacitance of 7.14 F cm−3, good rate characteristics (63.9% from 0.5 to 100 A g−1), and excellent cyclic stability (99.8% after 5000 cycles). In addition, all solid-state symmetric supercapacitors based on MXene/CF electrodes are also assembled, which not only exhibits high capacitance and rate performance, but also has good flexibility and long durability. The device still maintains structural integrity and steady capacitance even after 2500 cycles at different bending angles. This work is expecting to guide the design of the next generation of flexible, portable and highly integrated supercapacitors with high capacity and rate performance to further meet the requirements of sustainable development.
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