Interlayer-spacing-regulated MXene/rGO Foam for Multi-functional Zinc-ion Microcapacitors
Interlayer-spacing-regulated MXene/rGO Foam for Multi-functional Zinc-ion Microcapacitors
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用于多功能锌离子微电容器的层间距调节 MXene/rGO 泡沫
DOI：
10.1016/j.ensm.2022.05.033
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发表时间：
2022-05
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Yang Yue
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hongyun Zhang;Zhichao Wei;Jinghang Wu;Feng Cheng;Yanan Ma;Weijie Liu;Yongfa Cheng;Yangjian Lin;Nishuang Liu;Yihua Gao;Yang Yue
传统的三维多孔结构往往为了高孔隙度而牺牲密度，不利于有限空间下的能量存储。因此，如何平衡泡沫材料的密度和孔隙率是一个挑战。本文采用肼气相还原法制备了MXene基泡沫，在保持77.9%以上的高孔隙率的同时，实现了密度（100 ~ 360 mg cm−3）和孔径（5.08 ~ 61.04 μm）的精确调控。通过简单地调整原始MXene/GO薄膜的氧化官能团浓度来实现。然后利用层间距调节的三维MXene/rGO泡沫材料，采用激光雕刻工艺构建多功能锌离子微电容器（ZIMC），该工艺简单，适合大规模工艺生产。最终的ZIMC自放电率为2.75 mV h−1，面积比电容为83.96 mF cm−2，经过5次自愈处理后，初始电容保持在86.3%。此外，zimc驱动的集成压力传感系统能够实时监测人体生理信号。将这些突出的性能与简单的器件组装方法相结合，使这种微电容器在下一代电子产品中具有很大的潜力。
The traditional 3D porous structures often sacrifice density for high porosity, which is not conducive for energy storage under a limited space. So, it is a challenge to seek the strategy to well balance of the density and porosity in foam materials. In this work, we fabricated MXene based foam by the hydrazine vapor-induced reduction, which can achieve the precise regulation on the density (100–360 mg cm −3 ) and pore size (5.08–61.04 μm) while maintaining its high porosity over 77.9%. And it is carried out by simply tuning the oxygenated functional group concentration of the original MXene/GO films. Then the interlayer-spacing-regulated 3D MXene/rGO foams was used to construct the multifunctional Zinc ion microcapacitor (ZIMC) by the laser engraving processes, which is simple and suitable for large-scale process production. The final ZIMC exhibited a low self-discharge rate of 2.75 mV h −1 , a large area-specific capacitance of 83.96 mF cm −2 , and maintained an initial capacitance of 86.3% after five self-healing processes. In addition, the ZIMC-powered integrated pressure sensing system enables real-time monitoring of human physiological signals. Combining these prominent performance with the simple device-assembly method makes this microcapacitor highly potential in the next-generation electronics.
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