Mxene基微超级电容器（MSCs）以其体积小、功率密度高、集成度高等优点，推动了小型化、便携电子产品的片上储能技术的发展。然而，受限的能量密度和工作电压无疑给MSCs的实际应用带来一定挑战。

近日，西南交通大学杨维清教授成功地在PVA/H₂SO₄凝胶电解质中组装了基于Ti₃C₂T_x MXene的突破性体积能量密度和工作电压对称的MSC。

文章要点

1）为了实现MXene与硅片的紧密连接，采用丙酮/水混合溶剂对MXene油墨的流变性能，特别是表面张力和润湿性进行了调节。此外，还采用了滴涂和自然沉降的策略来减少Mxene片层的有序堆积。采用激光刻蚀技术进一步制备了PVA/H₂SO₄凝胶电解质中对称的MSCs。

2）令人惊讶的是，所制备的对称MXene MSCs的体积能量密度为75 MWh cm⁻³（功率密度为1088 mW cm⁻³，超高工作电压为1.2 V），几乎是所有报道的对称MXene MSCs中最高的。此外，MSCs在10 mV s^-1时表现出39.6 mF cm^-2的高面积电容(350.4 F cm^-3的体积电容)，在12000次循环后电容保持率为85.5%。需要指出的是，MXene是一种双功能材料，它同时起到电化学活性物质和导电路径的作用，有效地避免了金属集电体的作用。

3）通过直接对整个电路进行预设计，这些MSCs可以很容易地与其他片上微元件集成。在此基础上，还研制了一种采用MXene MSCs、片式LED和微动开关的一体化硅电子器件，具有很高的集成度和兼容性。

毫无疑问，这种基于MXene的高工作电压的MSCs在高度集成的电子设备和便携式设备中显示出巨大的潜力。

参考文献

Haichao Huang, et al, Ti₃C₂T_x MXene-Based Micro-Supercapacitors with Ultrahigh Volumetric Energy Density for All-in-One Si-Electronics, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c08172

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08172