本文，福建理工大学Hong Chen、三明学院肖旺钏教授等研究人员在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“A High-Performance Flexible All-Solid-State Supercapacitor Integrating 3D Interpenetrating MXene/GNS@CC Electrodes and a Self-Healing Hydrogel Electrolyte”的论文，研究提出了一种柔性自愈合超级电容器（SHSC），其由MXene/石墨烯纳米卷轴@碳布（MXene/GNS@CC）复合电极和自愈合聚乙烯醇-聚多巴胺（PVA-PDA）水凝胶电解质组成。MXene/GNS@CC电极是通过一步法电泳沉积（EPD）策略直接在碳布上制备的，在此过程中，石墨烯纳米卷（GNS）与MXene纳米片相互交织，构成了三维（3D）互穿结构。
该结构抑制了纳米片的重新堆叠，增加了有效比表面积，促进了离子传输，并提高了机械可靠性。所得电极进一步与自愈合型PVA-PDA水凝胶电解质集成，组装成一体化超级电容器。得益于PDA中丰富的儿茶酚基团，该水凝胶电解质展现出优异的自愈合能力和强大的界面粘附力。此外，与MXene表面末端基团的氢键相互作用以及与GNS的π–π共轭相互作用，共同促成了稳健的三维网络的形成。因此，MXene/GNS@CC电极在1 mA·cm−2电流密度下展现出6880.60 mF·cm−2的面电容。组装后的SHSC在1 mA·cm⁻²电流密度下实现了1152.03 mF·cm⁻²的面积电容，并在0.61 mW·cm⁻²功率密度下达到了195.37 µWh·cm⁻²的面积能量密度。此外，该器件即使经过四次切割/自愈循环后，仍保留了87.32%的初始电容，这表明其在柔性自愈式储能器件领域具有广阔的应用前景。
方案一、Schematic illustration of the fabrication of MXene/GNS@CC composite electrode and the interfacial interactions of PVA-PDA hydrogel electrolyte.
图5、(a) SHSCs power the 60 red LED lights before cutting (light on), after cutting (light off), and self-healing (light on); (d) SHSC continuously powering an electronic watch for 1 h.
在本研究中，成功开发了一种一步法EDP法，将CTAB修饰的石墨烯纳米卷插入MXene纳米片之间，从而构建出三维互穿网络。这种独特的结构增强了石墨烯纳米卷与MXene之间的协同作用，使所制备的MXene/GNS@CC电极实现了6880.60 mF·cm−2的面电容。此外，由 MXene/GNS@CC 电极和 PVA-PDA 自愈合水凝胶电解质组装而成的柔性自愈合超级电容器，在 0.61 mW·cm−2 的功率密度下实现了 195.37 µWh·cm−2 的面能量密度，即使经过四次切割/自愈合循环后，仍能保持 87.32% 的初始电容。这些结果表明，将互穿式电极结构与多功能自愈合水凝胶电解质相结合，是柔性储能器件的一种可行策略。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.78953
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
