Additive‐Free Ti3C2Tx MXene/Carbon Nanotube Aqueous Inks Enable Energy Density Enriched 3D‐Printed Flexible Micro‐Supercapacitors for Modular Self‐Powered Systems

超级电容器 材料科学 碳纳米管 水溶液 模块化设计 能量密度 纳米技术 碳纤维 复合材料 工程物理 电化学 电极 计算机科学 复合数 化学 物理 物理化学 操作系统
作者
Yunlong Zhou,Jing Li,Haiyang Fu,Na Li,Simin Chai,Tengfei Duan,Lijian Xu,Zhengjun Wang,Jianxiong Xu
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cey2.698
摘要

ABSTRACT 3D‐printed Ti 3 C 2 T x MXene‐based interdigital micro‐supercapacitors (MSCs) have great potential as energy supply devices in the field of microelectronics due to their short ion diffusion path, high conductivity, excellent pseudocapacitance, and fast charging capabilities. However, searching for eco‐friendly aqueous Ti 3 C 2 T x MXene‐based inks without additives and preventing severe restack of MXene nanosheets in high‐concentration inks are significantly challenging. This study develops an additive‐free, highly printable, viscosity adjustable, and environmentally friendly MXene/carbon nanotube (CNT) hybrid aqueous inks, in which the CNT can not only adjust the viscosity of Ti 3 C 2 T x MXene inks but also widen the interlayer spacing of adjacent Ti 3 C 2 T x MXene nanosheets effectively. The optimized MXene/CNT composite inks are successfully adopted to construct various configurations of MSCs with remarkable shape fidelity and geometric accuracy, together with enhanced surface area accessibility for electrons and ions diffusion. As a result, the constructed interdigital symmetrical MSCs demonstrate outstanding areal capacitance (1249.3 mF cm −2 ), superior energy density (111 μWh cm −2 at 0.4 mW cm −2 ), and high power density (8 mW cm −2 at 47.1 μWh cm −2 ). Furthermore, a self‐powered modular system of solar cells integrated with MXene/CNT‐MSCs and pressure sensors is successfully tailored, simultaneously achieving efficient solar energy collection and real‐time human activities monitoring. This work offers insight into the understanding of the role of CNTs in MXene/CNT ink. Moreover, it provides a new approach for preparing environmentally friendly MXene‐based inks for the 3D printing of high‐performance MSCs, contributing to the development of miniaturized, flexible, and self‐powered printable electronic microsystems.
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