文章来源：低维材料

随着柔性器件的发展，柔性储能器件受到了极大的关注，而超级电容器又具有超高的功率密度和循环稳定性。这使得柔性超级电容器成为了时下研究的热点，有大量的研究者正致力于这方面的研究。目前对于柔性超级电容器构建方面的基础研究已经较为成熟，但是如何提高其体积比容量仍然是个巨大的挑战。要获得高体积比容量的柔性超级电容器，电极材料的选择至关重要。

二维过渡金属碳化物（MXene）因其独特的性能――同时具有亲水性和金属般的导电性，被认为是一种非常有潜力的超级电容器的电极材料，其缺点在于MXene的片层较小（约200nm）很难组装成大面积的柔性薄膜。为了克服这一缺点，许多研究工作将MXene与聚合物制成复合薄膜用作超级电容器的电极材料，但是这将使器件变厚，同时使MXene的导电性得不到发挥，降低了超级电容器的性能。

德国慕尼黑理工大学冯新亮教授、上海交通大学的庄小东教授以及中科院长春应用化学所的牛利教授作为共同通讯作者，在期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上发表的工作采用导电性优异的超薄石墨烯代替聚合物作为骨架，得到了石墨烯/MXene的复合薄膜，并以此为电极材料构建了全固态柔性超级电容器。用石墨烯代替聚合物作为骨架，可以克服上述缺点，获得超薄导电性特别好的薄膜材料。在这种复合薄膜材料中，石墨烯作为骨架提升了复合电极材料的长程导电性。而小尺寸的MXene不仅可以作为电极活性物质，还能卡在石墨烯片层间，抑制石墨烯片的堆叠，提升材料的有效比表面积。由于石墨烯/MXene的协同作用，使得组装出来的微型超级电容器有非常优异的电化学性能，面积比容量可以达到3.26 F/cm2，而体积比容量可以达到33 F/cm3（2 mV/s），是目前所报道的最高的体积容量。

组图一：石墨烯/MXene复合薄膜的制备及全固态柔性超级电容器构建

(a)电化学剥离石墨烯示意图及石墨烯在异丙醇中稳定分散照片；(b)MXene (Ti3C2Tx)纳米片剥离示意图及其在水中稳定分散情况；(c)电化学剥离石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3混合溶液的制备方法；(d)抽滤得到的柔性自支撑的石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3复合薄膜；(e)组装得到的全固态柔性超级电容器及其结构示意图

组图二：电化学剥离石墨烯、MXene(Ti3C2Tx)以及石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3复合薄膜的微观结构

(a,c)电化学剥离的石墨烯和石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3复合薄膜的TEM图；(b,d)MXene(Ti3C2Tx)和石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3复合薄膜的扫描电镜图；在(a,b,c)三图中插入的是电化学剥离的石墨烯、MXene(Ti3C2Tx)以及石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3复合薄膜的选取电子衍射图；(d)图中插入的是石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)=1:3复合薄膜的截面图

组图三：不同比例的石墨烯/MXene(Ti3C2Tx)复合后得到的复合电极材料的电化学性能对比

表一：当石墨烯：MXene(Ti3C2Tx) = 1:3时获得了目前在全固态柔性超级电容器中所报道过的最高的体积容量

组图四：全固态超级电容器弯折、串并联性能测试

文献信息: Flexible All‐Solid‐State Supercapacitors with High Volumetric Capacitances Boosted by Solution Processable MXene and Electrochemically Exfoliated Graphene.（Adv. Eng. Mater.，2017，DOI: 10.1002/aenm.201601847）