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Polyaniline/Small-Sized MXene/Carbon Cloth Electrodes with 3D Hierarchical Porous Structure for All-Solid-State Flexible Supercapacitors
Energy Technology ( IF 3.6 ) Pub Date : 2022-05-03 , DOI: 10.1002/ente.202200145 Xiaotian Wu 1 , Ganghong Zhang 1 , Xing Zhao 1 , Renpeng Liu 1 , Zhengying Liu 1 , Wei Yang 1, 2 , Mingbo Yang 1, 2
Energy Technology ( IF 3.6 ) Pub Date : 2022-05-03 , DOI: 10.1002/ente.202200145 Xiaotian Wu 1 , Ganghong Zhang 1 , Xing Zhao 1 , Renpeng Liu 1 , Zhengying Liu 1 , Wei Yang 1, 2 , Mingbo Yang 1, 2
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The porous structure of electrodes can exert a significant impact on electrochemical performances of supercapacitors. Herein, the polyaniline/small-sized MXene/carbon cloth (PANI/S-MXene/CC) electrodes with 3D hierarchical porous structure are fabricated by a facile single-step pulsed electrodeposition. First, the PANI/S-MXene nanowires closely overlap each other and form a nanosized pore structure, which provides large specific surface area and abundant ion diffusion channels. Second, the CC with a large pore structure can facilitate permeation of gel electrolyte. S-MXene with small lateral size not only decreases charge transfer resistance of electrodes, but also ensures an interconnected porous framework. Consequently, the assembled all-solid-state flexible device delivers a high areal capacitance (478.4 mF cm−2 at 0.5 mA cm−2), a superior rate capability (307.5 mF cm−2 at 10 mA cm−2), a remarkable energy density (42.5 μWh cm−2), favorable cycle stability (75.4% capacitance retention after 4000 cycles), as well as 93.2% capacitance retention after 180° mechanical bending with 1000 cycles. Herein, it is revealed that size selection of nanomaterials is a priority when the porous structure is designed.
中文翻译:
用于全固态柔性超级电容器的具有 3D 分层多孔结构的聚苯胺/小尺寸 MXene/碳布电极
电极的多孔结构可以对超级电容器的电化学性能产生重大影响。在此,具有3D分层多孔结构的聚苯胺/小尺寸MXene/碳布(PANI/S-MXene/CC)电极通过简单的单步脉冲电沉积制备。首先,PANI/S-MXene纳米线相互紧密重叠,形成纳米级的孔结构,提供大的比表面积和丰富的离子扩散通道。其次,具有大孔结构的CC可以促进凝胶电解质的渗透。横向尺寸小的 S-MXene 不仅降低了电极的电荷转移电阻,而且确保了互连的多孔框架。因此,组装的全固态柔性器件提供了高面积电容(478.4 mF cm -2在 0.5 mA cm -2时)、优异的倍率性能(在 10 mA cm -2时为307.5 mF cm -2)、显着的能量密度(42.5 μWh cm -2)、良好的循环稳定性(4000 次循环后的电容保持率为 75.4%) ,以及 180° 机械弯曲 1000 次后的 93.2% 电容保持率。在此,揭示了在设计多孔结构时,纳米材料的尺寸选择是一个优先事项。
更新日期:2022-05-03
中文翻译:
用于全固态柔性超级电容器的具有 3D 分层多孔结构的聚苯胺/小尺寸 MXene/碳布电极
电极的多孔结构可以对超级电容器的电化学性能产生重大影响。在此,具有3D分层多孔结构的聚苯胺/小尺寸MXene/碳布(PANI/S-MXene/CC)电极通过简单的单步脉冲电沉积制备。首先,PANI/S-MXene纳米线相互紧密重叠,形成纳米级的孔结构,提供大的比表面积和丰富的离子扩散通道。其次,具有大孔结构的CC可以促进凝胶电解质的渗透。横向尺寸小的 S-MXene 不仅降低了电极的电荷转移电阻,而且确保了互连的多孔框架。因此,组装的全固态柔性器件提供了高面积电容(478.4 mF cm -2在 0.5 mA cm -2时)、优异的倍率性能(在 10 mA cm -2时为307.5 mF cm -2)、显着的能量密度(42.5 μWh cm -2)、良好的循环稳定性(4000 次循环后的电容保持率为 75.4%) ,以及 180° 机械弯曲 1000 次后的 93.2% 电容保持率。在此,揭示了在设计多孔结构时,纳米材料的尺寸选择是一个优先事项。