拉伸|800%可拉伸性，南京大学团队发明柔性超级电容器( 二 )

轻轻剥离滤膜后，MXene 膜转移到弹性体基底上，因为 MXene 和丙烯酸弹性体之间有很强的粘合力，通过释放拉伸应变形成可拉伸 MXene 电极。研究人员用氢氟酸将碳化钛铝粉末分解成薄片，并将纯碳化钛纳米片层捕获为过滤器上的粗糙纹理薄膜。
通过透射电子显微镜（TEM）图像观察，所制备的 MXene 纳米片的横向尺寸在 100-400nm 范围内，研究人员在 0.52～6.65μm 范围内系统地研究了 MXene 膜厚度对相应可拉伸电极的影响，通过调节 MXene 胶体分散液的浓度就能简单控制材料厚度。

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图｜机电和电化学性能与 MXene 膜厚度的相关性（来源：Nano Letters）
MXene 膜的厚度对相应转移电极的性能有着深远的影响。经过多番实验，MXene 膜的最佳厚度为～3μm，可用于后续性能研究，MXene 电极在不同扫描速率下的循环伏安图（CV）显示了与可逆氧化还原过程相对应的清晰阴极和阳极峰。
研究人员进一步通过恒电流充放电（GCD）测量评估电化学循环性能。在特定电流密度下进行 10000 次充放电循环后，MXene 电极仍保留 87.7% 的初始电容。GCD 曲线的微小变化进一步证实了异常的循环稳定性，在循环过程中，高库仑效率保持在 99% 以上，这表明电容电荷存储而非寄生反应占主导地位。

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图｜可拉伸 MXene 电极的电化学表征（来源：Nano Letters）
在机械变形性方面，研究人员测量了 MXene 电极在静态拉伸应变下的电化学性能，在高达 800% 的面积应变下，对应 94.6% 的高电容保持率。电化学阻抗谱（EIS）曲线显示了具有小电荷转移电阻的类似特征（～10Ω）和低频陡坡，与拉伸应变无关，这表明电化学性能在高度变形状态下保持不变。
各项实验结果显示，出色的耐用性是 MXene 最佳厚度电极的独特属性。
极具竞争力的超级柔型电容器方案基于一对 MXene 电极和特殊凝胶电解质，研究人员得以制备成全固态可拉伸超级电容器，所制备的对称电池也具有特殊的变形能力，能适应较大的拉伸应变，在基于 MXene 的同类超级电容器中具有很强的竞争力。
由于 MXene 电极能够抵抗机械变形，因此研究人员分析电容的微小降低可能与电极和凝胶电解质之间的界面接触在拉伸状态下的降解有关。
研究人员通过应变控制疲劳试验对可拉伸超级电容器进行了进一步评估，因为除了静态变形外，可拉伸超级电容器容纳动态应变的能力对于实际应用而言至关重要，要求它能承受不同的机械载荷和意外的外部冲击。

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图｜拉伸对称超级电容器在静态和动态机械变形下的电化学性能（来源：Nano Letters）
各种测试结果显示，无论施加何种外部机械载荷，该电容器的电化学性能都非常稳定，进一步证实了具有皱褶纹理的 MXene 电极用于制造超可伸缩和大面积电容超级电容器的可行性，这可能为在可拉伸和可穿戴电子系统中使用各种二维纳米材料的储能装置开辟出一条有吸引力的途径。
近年来，柔性电池技术研究可以说非常热门，也陆续有不少创新成果展现，这是迈向可伸缩的电子设备时代的标志性现象，结合一些柔性电路技术，应用前景十分广泛。例如，有的研究已经把这类柔性电子系统集成到纺织物中、皮肤贴片传感器中等，有的还能将人体动能转化为微电能，实现可穿戴设备的自供电，具有柔性、可伸缩、可印刷等特点的电容器，进一步体现出电池技术发展的一些前沿趋势。