DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.149710

提高柔性超级电容器碳基电极的电容和倍率性能仍然是其商业可行性的关键挑战。为了满足这些要求，通过静电纺丝聚丙烯腈（PAN）和碳化工艺制备了独立式Ti3C2Tx MXene/碳纳米纤维（CNF）电极，用于柔性超级电容器。研究了Ti3C2Tx MXene尺寸对纤维形成和电化学性能的影响。Ti3C2Tx MXene/CNF电极在300mV/s的快速扫描速率下显示出90F/g的比电容，几乎比纯PAN衍生CNF（300mV/s下为38F/g）高出近2.3倍，而在2mV/s的慢扫描速率下显示出约120F/g的相似电容值。由于CNFs具有很高的机械柔性，MXene/CNF基柔性超级电容器还表现出长期的循环稳定性（10K充放电循环后保留率达98％），在动态弯曲试验中具有出色的柔性。上述结果表明，MXene/CNFs在柔性多功能电子设备中具有巨大的应用潜力。

图1.（a）静电纺丝工艺示意图。（b）和（c）分别代表纺丝和碳化后的电纺纳米纤维。每个插图都是TEM图像。（d）缠绕在玻璃棒上的柔性电极的数字图像。

图2.电纺Ti3C2Tx MXene/碳纳米纤维的形态。（a）SMX/C，（b）MMX/C，（c）LMX/C的SEM图像。每个插图代表Ti3C2Tx纳米片。（d）纳米纤维的XRD图谱。（e）和（f）SMX/C表面的TEM图像。插图显示了纤维中纳米片的排列。

图3.所有样品在（a）5mV/s和（b）300mV/s扫描速率下的循环伏安曲线。（c）混合膜和CNF膜的电容趋势随扫描速率（2到300mV/s）的变化。（d）混合膜和CNF薄膜的奈奎斯特图和（e）Bode图。（f）在100mV/s的扫描速率下，SMX/C在10K重复CV试验下的循环稳定性。插图显示了第一个和最后一个循环的CV曲线。

图4.MXene/CNF混合薄膜基柔性超级电容器。（a）所制备的柔性原型设备的数字图像。（b）弯曲器件在100mV/s下的CV曲线。（c）该设备在500个弯曲循环内的机械柔性，曲率半径为5mm。