重磅！西北工业大学在全固态对称超级电容器研究中取得新进展

成果简介

由二维MXene材料制成的独立和可弯曲薄膜由于其高度的灵活性、结构稳定性和高导电性，已显示出作为储能器件电极的巨大潜力。然而，MXene板不可避免重新堆叠很大程度上限制了其电化学性能。 本文，西北工业大学材料学院党阿磊、李铁虎教授等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater.》期刊 发表名为“Flexible Ti3C2Tx/Carbon Nanotubes/CuS Film Electrodes Based on a Dual-Structural Design for High-Performance All-Solid-State Supercapacitors”的论文， 研究通过交替过滤Ti3C2Tx/碳纳米管（CNT）杂化和CuS分散的逐层（LbL）方法，通过双重结构设计制备了具有三明治状结构的膜电极。

引入的碳纳米管和赝电容CU提供了丰富的活性位点，以增加电极的存储容量。增大的层间距有利于电解质离子的传输。因此，厚度为17μm的优化Ti3C2Tx/CNTs/CuS-LbL-15薄膜电极（1.7 mg/cm3）在聚乙烯醇（PVA）/H2SO4凝胶电解质中仍表现出1 a/g的高重量电容（336.7 F/g）和体积电容（572.4 F/cm3），这两者在过去的报告中在相同厚度下都是最高的。同时，该样品在电流密度为9A/g时表现出令人印象深刻的速率能力，57%的电容保持率，在高速率为5a/g的5000次循环后保持99.6%的初始容量的超稳定循环，以及在不同弯曲状态下的良好柔韧性。此外，全固态对称超级电容器在340 W/L的功率密度下显示出12.72 Wh/L的能量密度。这项工作为组装高性能储能器件的Ti3C2Tx/CNT和CuS混合电极提供了有效途径。

图文导读

图1. (a) LbL法制备夹层状Ti3C2Tx /CNTs/CuS薄膜的工艺示意图。(b)在直径为5mm的玻璃棒上包裹独立的柔性 Ti3C2Tx /CNTs/CuS薄膜的数字图像，以及 (c) 用手折叠的相应平面状薄膜。

图2. Ti3C2Tx /CuS-LbL-5 (a) 和Ti3C2Tx /CuS-LbL-15 (b) 薄膜横截面的SEM图像及其对应的 Ti 和铜元素。(c) 样品XRD光谱的比较。（d）和（e）分别是（c）在2θ的5-10和26-35 范围内的放大图。(f) 样品的相应拉曼光谱。

图3. (a) Ti3C2 Tx基薄膜电极全固态超级电容器示意图。(b) 纯Ti3C2 Tx、Ti3C2 Tx /CuS-LbL-5 和Ti3C2 Tx/CuS-LbL-15薄膜在5 mV扫描速率下的CV曲线比较/秒。(c) Ti3C2 Tx/CuS-LbL-15在1至9 A/g 的不同电流密度下的恒电流充电/放电 (GCD) 曲线。(d) Ti3C2 Tx/CuS-LbL-15 的CV曲线比较和Ti3C2 Tx/CuS-hybrid-15在5mV/s 的扫描速率下和 (e) 在1A/g电流密度下的相应GCD曲线。

图4、电化学性能

图5. (a) 组装后的超级电容器在不同弯曲状态下的光学图像。(b) Ti3C2 Tx/CNTs/CuS-LbL-5薄膜在5 mV/s的扫描速率下不同弯曲角度的CV曲线。(c) 与之前报道的作品相比，超级电容器的体积功率和能量密度图。

小结

综上所述，采用 LbL 方法制备了具有夹层结构的可弯曲和独立的 Ti3C2 Tx /CNTs/CuS 复合膜电极，其中 Ti3C2 Tx/CNTs 杂化片材和CuS活性材料分别为通过过滤交替堆积。这项工作为全固态SCs设计高性能电极提供了一种有效的方法，在柔性和可穿戴电子产品中具有巨大的应用潜力。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsaem.2c01738

调整样品台倾斜角度！一种所谓机械对中样品台在这个调解过程中，虽然不能精确的保证样品倾斜时严格以同一个轴线来调整，但基本观察视野不会跑，不离焦！这样翻过来调过去的看，你就看清楚了！

稍微多讲点有关EM立体成像技术：

1950年代，美国科学家在实验室，第一次使用SEM弄出了立体对，那时SEM还没有商品化！在一般摄影上被称作全息照相！

现在FEI公司有这样的选购软件，可以用在SEM或TEM上。自动控制样品台按照一定角度间隔倾斜，且保证倾斜同轴，每个角度保存一幅图像，然后把N个图像合成一个立体图像，是最为精准的技术。SEM形成表面立体形貌像，TEM的立体像和CT效果相同。由于要求样品台精度极高，且运算复杂，价格贼贵！

为了简化操作，节约成本，只看个大概！最常用的立体对方法是样品角度不变，电子束以一定允许的夹角从两个方向分别扫描一张图像，一张红色伪彩，一张绿色伪彩。把两张照片叠加，形成红绿重影像！然后戴个红绿镜片眼镜，也可看到立体图像,解决你的问题！

除了立体对技术，还有就是线扫描Y增益的示波器技术！

有些扫描电镜带有示波器，扫描发生器让电子束在划定的直线上扫描，然后把信号曲线画在直线上方，因为图像信号强度是电子束与像素表面角度的函数，一般认为曲线的高低起伏代表样品的高低起伏。如果将一帧图像均做Y增益，即可用软件合成一幅立体表面形貌像。有些厂商忽悠客户说此为表面立体像，其实很不严谨，因为很多时候会有假象存在,基本上没有实用价值，很多厂商取消了这个功能！

如果没有做以上的多角度观察，那就要考验成像信号的判断。就这张图像而言，可以肯定：金字塔在基底上凸起！棱角凸起信号强度高，发亮；凹陷信号强度低，发暗！

看什么样品。

绝大多数是看不出来。

一般情况下普通SEM图不能用来证明一个材料是不是单晶。

但是如果你确定这个材料是多晶材料，可以通过SEM观察晶界。（有可能需要进行一些预处理，比如腐蚀什么的。）

对于陶瓷材料，肯定是多晶，直接掰开就能用SEM看晶界和晶粒大小。对于金属材料，通过腐蚀也可以观察到晶界。对于薄膜材料，腐蚀后也可以观察晶界。

对于金属样品，有一种方法叫：电子背散射衍射。这种方法需要将样品抛光的非常平整，然后可以观察样品表面的结晶方向，不过这种方法分辨率较低。这种方法一般用来分析金属的金相组织，几乎不用来做单晶的定性分析。

坚定单晶最好的方法还是X射线衍射，方便又便宜。SEM判断是否为单晶说服力很差，不过一些样品的SEM图可以看出是否为多晶。SEM一般不作为坚定单晶的依据，如果你通过其他方法证明材料为单晶，可以用SEM图作为佐证。

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