成果简介
基于氧化石墨烯（GO）的全固态超级电容器（SC）在包括柔性电子器件在内的各种应用中，是对基于液态和凝胶电解质的 SC 的重要补充。尽管如此，一般的电容和复杂的制造方法仍阻碍了其潜力的充分发挥。本文，安徽大学Qing Zhang等研究人员在《Small》期刊发表名为“Laminating Layered Structures of 2D MXene and Graphene Oxide for High-Performance All-Solid-State Supercapacitors”的论文，研究展示了一种以层状 GO 为固体电解质、MXene 为电极的全固态 SC 的简单制造方法。与其他使用液态电解质的基于 MXene 的 SC 相比，这种 SC 具有出色的储能电容。
这种优异的性能归功于额外的层间间距扩展和离子传输动力学的改善，而这要归功于 MXene 和 GO 的亲水性共同产生的协同吸水效应，有趣的是，这种吸水效应满足了 MXene 固有的表面主导型伪电容行为。这种 SC 在湿度传感中的应用还被证明具有快速响应性。这项研究成果为使用 GO 作为固体电解质和 MXene 作为电极来提高电容性能提供了一种方法，并开发了其作为智能设备电子元件的潜在应用。
图文导读
图1、全固态MGM SC制备流程及电容性能
图2、湿度条件对MGM SC电化学性能的影响.
图2、a) MGM-SC 薄膜的 XRD 表征结果，其中 MXene 峰用 “*”标出，GO 峰用 “#”标出。b) MGM-SC 薄膜的水插层/去插层导致的层间距变化示意图。
图3、MGM-SC 薄膜的 TGA-MS 图谱和 MS 结果（m/z 18）的相应峰拟合结果：a) 在 100% RH 下存放 1 天；b) 制备完成；c) 在电池中组装 28 天。
图4、MGM-SC 薄膜的吸水/脱水示意图，图中表示常规吸水过程（蓝线）和 “加速通道 ”吸水过程（红线）：更多的水分子被夹杂其中，由于扩散通道扩大，离子扩散动力学得到改善，离子导电率也得到提高。
图5、a) Schematic illustration of the customized Swagelok cell for the humidity sensing test. b) Continuous capacitance response between 80% RH and 94% RH and c) the magnified portion in the green frame of transition forward from humidification to dehumidification and that in the blue frame of transition backward. d) The exponential fitting of the capacitance response versus RH.
小结
我们报告了一种通过层压层状 GO 和 Ti3C2Tx MXene 薄膜实现的高性能全固态 SC。制造方法简单，GO 与亲水性和假电容性 Ti3C2Tx MXene 结合后，由于协同吸水效应而改善了离子扩散动力学，因此证明了 GO 作为分离器/电解质膜系统的适用性，其重力电容高达 ≈281.7 F g-1，体积电容高达 ≈664.6 F cm-3。此外，还展示了湿度传感应用。这项研究的结果从根本上揭示了作为固体电解质的 GO 以及假电容性 MXene 的结构特性和电化学性质，并为设计全固态柔性电子器件（如使用 MXene-GO 组合的湿敏探测器或柔性储能器件）提供了指导。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202402422
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