成果简介

本文，福建理工大学Hong Chen、三明学院肖旺钏教授等研究人员在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“A High-Performance Flexible All-Solid-State Supercapacitor Integrating 3D Interpenetrating MXene/GNS@CC Electrodes and a Self-Healing Hydrogel Electrolyte”的论文，研究提出了一种柔性自愈合超级电容器（SHSC），其由MXene/石墨烯纳米卷轴@碳布（MXene/GNS@CC）复合电极和自愈合聚乙烯醇-聚多巴胺（PVA-PDA）水凝胶电解质组成。MXene/GNS@CC电极是通过一步法电泳沉积（EPD）策略直接在碳布上制备的，在此过程中，石墨烯纳米卷（GNS）与MXene纳米片相互交织，构成了三维（3D）互穿结构。

该结构抑制了纳米片的重新堆叠，增加了有效比表面积，促进了离子传输，并提高了机械可靠性。所得电极进一步与自愈合型PVA-PDA水凝胶电解质集成，组装成一体化超级电容器。得益于PDA中丰富的儿茶酚基团，该水凝胶电解质展现出优异的自愈合能力和强大的界面粘附力。此外，与MXene表面末端基团的氢键相互作用以及与GNS的π–π共轭相互作用，共同促成了稳健的三维网络的形成。因此，MXene/GNS@CC电极在1 mA·cm?2电流密度下展现出6880.60 mF·cm?2的面电容。组装后的SHSC在1 mA·cm?2电流密度下实现了1152.03 mF·cm?2的面积电容，并在0.61 mW·cm?2功率密度下达到了195.37 μWh·cm?2的面积能量密度。此外，该器件即使经过四次切割/自愈循环后，仍保留了87.32%的初始电容，这表明其在柔性自愈式储能器件领域具有广阔的应用前景。

图文导读

方案一、Schematic illustration of the fabrication of MXene/GNS@CC composite electrode and the interfacial interactions of PVA-PDA hydrogel electrolyte.

图1、SEM images of (a, b) MXene; (c, d) MXene/GNS@CC; (e) the corresponding EDS mapping of MXene/GNS@CC; (f) the corresponding EDS mapping of PVA-PDA.

图2、(a) XPS survey spectrum of MXene/GNS@CC; high-resolution XPS spectra of (b) Ti 2p, (c) C 1s, and (d) O 1s.

图3、(a) Water retention performance of the PVA-PDA hydrogel at ?20°C, 25°C, and 60°C;(b) Tensile cyclic curves of the PVA-PDA electrode for 5 cycles at a strain of 100%; (c) Tensile loading-unloading curves of the PVA-PDA electrode under different strains; (d) Stress–strain curves of the hydrogel after fracture and healing for different durations; (e) Ionic conductivity of the hydrogel after fracture and healing for different durations; (g) Adhesion of the hydrogel to various substrates; (h) Adhesive strength of the hydrogel toward carbon cloth, copper foil, paper, and nickel foam.

图4、(a) CV curves of MXene/GNS@CC at 30 mV?s?1; (b) CV curves of MXene@CC and MXene/GNS@CC at 10 mV?s?1, (c) CV curves of MXene/GNS@CC, (d) GCD curves of MXene/GNS@CC, (e) Cycle performance of the MXene/GNS@CC, (f) Nyquist plots of MXene @CC and MXene/GNS@CC (The inset shows the corresponding equivalent circuit diagram of the EIS), (g) Calculated b values at 1–5 mV?s?1, (h) CV curves of MXene/GNS@CC at 1–5 mV?s?1, (i) Histogram of capacitance contributions.

图5、(a) Charge density difference (CDD) mapping of the MXene/GNS composite, with an isosurface value of 0.0004 e/Bohr3. (b) Total density of states (TDOS) for the MXene/GNS composite.

图6、(a) CV curves of the SHSC; (b) GCD curves of the SHSC; (c) GCD curves of the supercapacitor under different bending angles and applied loads at 2 mA·cm?2; (d) CV curves of the supercapacitor under different bending angles and applied loads at 100 mV·S?1; (e) GCD curves of the supercapacitor at different temperatures at 2 mA·cm?2; (f) GCD curves after different healing cycles at 3 mA·cm?2; (g) Self-healing efficiency after different healing cycles at 25°C; (h) Cycling performance of the SHSCat 2 mA·cm?2; (i) Ragone plot of the SHSC in comparison with previously reported references.

图7、(a) SHSCs power the 60 red LED lights before cutting (light on), after cutting (light off), and self-healing (light on); (d) SHSC continuously powering an electronic watch for 1 h.

小结

在本研究中，成功开发了一种一步法EDP法，将CTAB修饰的石墨烯纳米卷插入MXene纳米片之间，从而构建出三维互穿网络。这种独特的结构增强了石墨烯纳米卷与MXene之间的协同作用，使所制备的MXene/GNS@CC电极实现了6880.60 mF·cm?2的面电容。此外，由 MXene/GNS@CC 电极和 PVA-PDA 自愈合水凝胶电解质组装而成的柔性自愈合超级电容器，在 0.61 mW·cm?2 的功率密度下实现了 195.37 μWh·cm?2 的面能量密度，即使经过四次切割/自愈合循环后，仍能保持 87.32% 的初始电容。这些结果表明，将互穿式电极结构与多功能自愈合水凝胶电解质相结合，是柔性储能器件的一种可行策略。

文献：

https://doi.org/10.1002/adfm.78953

信息来源：材料分析与应用1

2026中国国际石墨烯创新大会

11月13-15日 中国·温州

“2026年中国国际石墨烯创新大会”将由石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA）和正泰集团联合主办，将于2026年11月13-15日在温州市（乐清）举办。大会聚焦石墨烯应用市场，着力促进石墨烯创新成果与产业端的深度对接合作，推动石墨烯产业迈向高质量发展新阶段。2026中国国际石墨烯材料应用博览会将同期举办。

点击下方链接，了解大会详情：

??官宣 | 关于召开2026中国国际石墨烯创新大会的通知

??重磅征稿｜2026 中国国际石墨烯创新大会论文征集通知

??2026中国国际石墨烯创新大会启幕在即：论坛日程、票种权益、报名全攻略~

??展商招募 | 2026中国国际石墨烯材料应用博览会

??2026中国国际石墨烯创新大会嘉宾阵容揭晓

??关于征集2026石墨烯产业化·创投先锋会路演项目的通知

??会议日程 | 2026中国国际石墨烯创新大会

会务组电话：

4001103655

13264226602（微信同号）

13260327636（微信同号）

16601148110（微信同号）

注：添加微信请备注姓名+单位

FOCUS

重点关注

??联盟理事单位招募 | 联合前行，共赢未来~

??石墨烯联盟（CGIA）广告投放服务合作指南

??2026，与CGIA同行：您的每一个需求，我们都将全力以赴！

??【需求对接】需采购铜包石墨烯漆包线

??【需求对接】需采购高导电型导体材料、电磁屏蔽用的柔性材料、高导热型导体/屏蔽材料

??【需求对接】需采购胶辊用石墨烯改性橡塑材料

??【采购需求】耐高温耐磨石墨烯防腐涂料

??【需求对接】聚焦产业技术突破 阀门龙头企业公开四大合作攻关需求

??项目征集｜石墨烯铝基导电、导热产业化项目火热征集中

??《全球石墨烯产业研究报告系列丛书》

??【需求对接】需采购石墨烯粉体

??关于征集石墨烯及新材料在汽车、医药、农业等应用领域的产业化项目的通知

我们的视频号

　　“石墨烯联盟”视频号里面，有备受瞩目的“烯”世奇材，有惊喜连连的大咖开讲，有生动有趣的科普视频，甚至还有不定期的“福利”乱入...欢迎大家扫码关注我们的视频号，将满满的干货收入囊中~

我们的视频号