超柔顺碳纳米管（CNTs）/MXene/掺铜V2O5纳米纸电极的电化学性质以及宽电压全固态超级电容器的性能

《Journal of Materials Chemistry A》：Electrochemical properties of superflexible CNTs/MXene/Cu-doped V2O5 buckypaper electrodes and wide-voltage all-solid-state supercapacitors

柔性固态超级电容器通过铜掺杂V2O5/MXene/CNTs异质结构实现高电压窗口（2.4V）和优异机械性能（0.117mm厚度可弯曲至2mm半径），循环稳定性和能量密度分别达84%保留率及136Wh/kg。

　　

大多数柔性超级电容器由于电压窗口较窄，应用范围受到限制。本文中，通过水热法在MXene层上及层间原位生长了V₂O₅纳米片。随后，利用定向压力过滤技术制备了一种由碳纳米管（CNTs）、MXene和Cu²⁺掺杂的V₂O₅组成的超柔性CMV-Cu巴克纸（buckypaper），并将其组装成一种具有宽电压窗口的不对称柔性全固态超级电容器（FSSC）。CNTs和MXene协同作用形成了一个超柔性的多孔导电网络，而V₂O₅的多价态转变拓宽了电压窗口，并贡献了大部分赝电容。Cu²⁺对V₂O₅的掺杂提高了导电性和离子迁移率，进一步拓宽了电压窗口。片状的MXene有效支撑并保护了V₂O₅，增强了其循环性能和机械稳定性。Cu²⁺掺杂比为9.9%的CMV-Cu_9.9电极具有1.6 V的电压窗口，在1 A g^-1电流下比电容为472 F g^-1。该电极厚度仅为0.117 mm，抗拉强度达到1.6 MPa，可卷曲成半径为2 mm的圆。组装后的FSSC具有2.4 V的宽电压窗口，在1 A g^-1电流下的比电容为170 F g^-1，能量密度为136 Wh kg^-1，功率密度为1197 W kg^-1；经过10,000次循环后电容保持率仍达84%，且在沿锐利折痕进行200次折叠-展开循环后电化学性能未发生退化。这项工作为高性能储能器件在可穿戴电子设备中的潜在应用奠定了基础。