可穿戴电子产品的发展受到能量存储设备的限制，基于MXene的微型超级电容器由于其在比容量方面的明显优势而受到广泛关注。近年来，自充电技术受到了广泛的关注，但是能量收集器（energy harvester）和超级电容器通常通过金属线进行机械连接，导致设备不够紧凑。因此，迫切需要开发一种通用的方法来制备高性能、坚固的基于MXene的柔性电极，具有高电导率、力学强度；同时，需要探索和设计新型的自充电超级电容器，提高器件的集成度和自充电性能。
近日，福建工程学院的翁明岑副教授、周培迪博士以及福建师范的罗志灵副教授等人，将细菌纤维素（BC）用作交联剂，通过氢键连接二维MXene纳米片，极大地提高了MXene-细菌纤维素（MXene-BC）复合膜的机械强度（杨氏模量达到6.8 GPa），并增加了MXene纳米片的层间间距，为电解液中的离子提供了更多的储存空间，从而提升了器件的电容密度（346 mF cm-2）。
在此基础上，依托MXene-BC复合材料良好的导电性和力学强度，提出了基于锌空气（Zn-air）电池和超级电容器组合的自充电超级电容器，在电极上同时构筑了两种能源器件，实现了器件的高度集成。自充电超级电容器在向锌空气电池滴加电解液后即可实现自充电，不受使用环境的限制，为自供电的可穿戴电子产品提供了很有前景的途径。相关研究成果以“Self-chargeable supercapacitor made with MXene-bacterial cellulose nanofiber composite for wearable devices”为题目，发表在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。
图1. 图形摘要。
利用MXene-BC复合材料的优异的导电性、高力学性能以及高离子电导率，在电极上同时构筑了超级电容器和锌-空气电池组件。所制备的自充电超级电容器可以吸收人体汗液实现自充电，为可穿戴能源器件提供了有益的参考。
图2. MXene-BC复合材料的制备与表征。
图3. MXene-BC超级电容器的电化学性能以及离子扩散增强示意图。
图4. 锌-空气电池/超级电容器混合自充电器件示意图及其性能。
图5. 自充电超级电容器的应用。
不仅可以在滴加溶液的条件下实现自充电用来驱动小型电子设备（a-d），还可以在运动过程中通过吸收汗液实现自充电，展示了其在可穿戴领域的应用潜力(e-k)。
总结：
该研究提出的MXene复合材料制备方法为有效提升了MXene材料的力学强度和离子扩散速度，有助于推动MXene在可穿戴能源器件领用的应用。同时，本文中的一体化锌-空气电池/超级电容器的自充电器件结构紧凑轻便，充电速度快，充电电压高，为自充电器件的探索提供了更多思路。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979723009621
