AFM超级电容器自然启发的互连大孔介孔微孔MXene电极

　　MXene的快速发展使其成为众多应用领域的明星材料，包括但不限于储能领域。研究发现，孔结构调节可以改善MXene的固有性能，进而显著提高其电化学性能。然而，目前的工作大多集中在探索MXene单尺度孔隙结构调控的构效关系。受到来自自然的默里定律的启发，该定律发现了生物的高度分级结构，并用于实现有效扩散和最大限度地传递质量，构建了一个跨越微中大孔的分层互连多孔MXene电极。这种基于Mxene的电极提供了大量的活性位点，同时大大缩短了离子扩散通道。最后，基于该MXene电极的锌离子微电容器在2100Wcm2的功率密度下，具有高达410mFcm2的超高区域比电容和高达103Whcm2的能量密度。面积能量密度优于目前报道的锌离子微电容器。本文支持了一种有效的电极材料策略（包括但不限于MXene），以实现超短的离子扩散通道和最大的传输效率，用于下一代高性能储能。
　　图文简介
　　a）PMCNF泡沫的制备及基于PMCNF泡沫的ZIMC组装示意图。b）基于PMCNF泡沫的ZIMC阵列和单叉指电极的照片。c）PMCNF泡沫基ZIMC的SEM图像。d）PMCNF薄膜和PMCNF泡沫电极结构示意图及相应的局部结构放大。e）叶脉交错，形成一个连通孔隙度的分级网络，以最大限度地输送养分。f）相互连接的分层多孔结构是植物为实现最佳光合作用而进化的途径。
　　a）从单一大孔到多尺度连通孔隙结构（大中微孔）的分级孔隙网络模型。b）离子在单一微孔、微中孔、微中大孔三种不同多孔网络模型中的传输路径。c）气体发泡工艺的机理图，包括气体核的产生和气体向外扩散。d）Ti3AlC2相、MXene、PM、PMCNF薄膜、PMCNF泡沫的XRD图谱。e）MXene、PM、PMCNF薄膜和PMCNF泡沫的XPS谱，f）高分辨率c1s和g）高分辨率Ti2p。
　　a）充电过程中离子在ZIMC中的输运示意图。b）CV曲线，c）GCD曲线，d）MXene膜、PM膜、PMCNF泡沫的电容。e）PMCNF泡沫基ZIMC在不同扫描速率下的CV曲线，f）不同电流密度下的GCD曲线。g）基于PMCNF泡沫的ZIMC和基于不同电极材料的微型超级电容器（MSCs）的Ragone图。h）基于MXene膜、PM膜、PMCNF泡沫的zimcNyquist图。i）通过GCD和OCV测试PMCNF泡沫基ZIMC的自放电率，插图显示了24h内电压从1。4到0。98V的下降。j）PMCNF泡沫电极基ZIMC与已发表文献中报道的电容器相比的自放电率，以及抗自放电机理示意图。
　　a）PMCNF泡沫基zimc串并联连接时的CV曲线。b）基于PMCNF泡沫电极的zimc在不同弯曲角度下的CV曲线和GCD曲线。d）pu包覆PMCNF泡沫基ZIMC自愈光学图。e）CV曲线，f）GCD曲线，g）pu包覆PMCNF泡沫基ZIMC每次愈合后的电容保留。h）PMCNF泡沫基ZIMC集成外力传感系统装配图。i）设备电路连接图。压力传感器当前实时信号，分别为j）指尖敲击，k）定恒压。
　　论文信息
　　通讯作者：YananMa，YangYue通讯单位：湖北汽车工业学院，安徽大学
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