中国热科院在高性能超级电容器电极的研制方面取得重要进展

　　近日，中国热科院加工所天然橡胶先进材料课题组在以天然橡胶粒子为模板构筑超级电容器电极方面取得重要进展。研究结果表明，使用天然橡胶粒子作为牺牲模板构筑的多孔MXene泡沫，在高温退火去除模板后仍保持了良好的结构完整性，并表现出优异的比电容、速率性能和循环寿命。通过改变复合薄膜中橡胶粒子的含量，可以精准地控制MXene层间孔道的形貌。当橡胶粒子含量达到70%时，制备的电极MXF-70%不仅在2 mV s1下达到480±9 F g1的超高比电容，而且在1 V s1下仍具有222 F g1，显示出了优异的速率性能。此外，在50 mV s1的扫描速率下，经过10000次循环后，电容保留率为97.1%，反映了优异的循环寿命。

　　降低二维MXene纳米片之间的堆叠和聚集是构筑高性能电极的关键。由于MXene纳米片层间强范德华力的作用，，使得MXene薄片倾向于堆积和聚集，这极大程度地减少了MXene的活性比表面，阻碍了电子在层间的传递，进而影响其电化学性能。解决这类问题的关键通常是对MXene结构的设计以扩大其层间距，其中模板法可以精确地控制孔隙的形状和尺寸，实现对MXene结构在纳米尺度上更精细地调控。常见的模板有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）微球、PS（聚苯乙烯）微球、硫颗粒等，这类模板均是人造模板，增加了大规模制造高性能电极的成本和环境问题。因此，迫切需要低成本、环保、广泛可用的模板材料。天然橡胶是一种生物合成的高分子，是由橡胶粒子和非橡胶组分构成的“水包油”型胶体体系，具有来源广泛、绿色、环保等优势，以天然橡胶粒子为模板构筑高性能电极的策略不仅有效地克服了MXene纳米片堆叠的问题，还可降低成本、减少人造模板因人工合成带来的环境污染问题。

　　相关研究成果以题为“Natural Polymer Template for Low-Cost Producing High-Performance Ti3C2Tx MXene Electrodes for Flexible Supercapacitors”发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。中国热科院加工所孔娜博士和湖北大学联合培养硕士吕可为该论文共同第一作者，中国热科院加工所陶金龙副研究员和张吉振博士为通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金项目，海南省重点研发项目和中国热带农业科学院“揭榜挂帅”项目资助。