基于碳毡/MWCNT@PANI与MXene的可压缩不对称超级电容器的设计与性能研究

针对便携式柔性电子设备对高电压输出和机械稳定性的需求，研究人员开发了一种基于a-CF/MWCNT@PANI正极和Ti3 C2 Tx -MXene负极的可压缩不对称超级电容器。该器件在1.3 V电压下实现1.6 F cm?2 比电容和262 μWh cm?2 能量密度，压缩应变超过50%时仍保持90%以上电容 retention，为可穿戴能源存储提供新方案。

　　

随着柔性电子设备在医疗监测、软体机器人等领域的快速发展，传统超级电容器难以满足其压缩、弯曲等复杂形变下的性能需求。尽管碳纳米管(CNT)泡沫和石墨烯气凝胶(GA)等材料展现出潜力，但前者存在比电容低的问题，后者则受限于复杂的制备工艺。碳毡(CF)因其三维多孔结构和机械柔性成为理想基底，但纯CF导电性和电容性能不足。同时，如何构建匹配的高性能负极材料以拓宽电压窗口，仍是提升不对称超级电容器能量密度的关键挑战。

捷克研究人员在《Materials Chemistry and Physics》发表研究，通过将酸功能化多壁碳纳米管(MWCNT)负载于活化碳毡(a-CF)，再经化学氧化聚合法包覆聚苯胺(PANI)，构建a-CF/MWCNT@PANI正极；结合二维材料Ti₃
C₂
T_x
-MXene负极，开发出可压缩不对称超级电容器。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构，通过扫描电镜(SEM)观察形貌，并利用循环伏安法(CV)评估电化学性能。

材料与表征
ATR-FTIR分析证实MWCNT的羧基/羟基成功修饰a-CF，PANI特征峰(1560 cm^?1
醌式结构)显示其均匀包覆。XPS显示N1s峰证实PANI存在，MXene的Ti2p谱验证Ti₃
C₂
T_x
成功剥离。SEM显示MWCNT在a-CF纤维间形成导电网络，PANI呈现枝晶结构；MXene呈现典型二维层状形貌。

电化学性能
CV曲线显示a-CF/MWCNT@PANI具有典型赝电容行为，MXene在-0.7 V vs Ag/AgCl窗口内稳定工作。组装器件在5 mA cm^?2
下实现1.6 F cm^?2
面积比电容，能量密度达262 μWh cm^?2
。压缩应变超过50%时，因CF导电网络增强，CV曲线保持理想矩形；200次压缩循环后电容保持率超90%，1000次循环后容量保持92.4%。

该研究通过MWCNT和PANI协同改性碳毡，显著提升正极导电性与电容性能；MXene负极的宽负压窗口有效抑制析氢反应，两者匹配实现高电压输出。器件兼具优异机械稳定性和电化学性能，为可穿戴电子供能提供新思路。研究得到捷克教育青年体育部和技术署资助，第一作者Elif Vargun与通讯作者Petr Saha团队的合作体现跨学科创新价值。