随着现代科技的快速发展,人们对于可穿戴微型电子设备的需求日益增长,因此急需与其配套的可拉伸的芯片储能器件。微型超级电容器(MSC)作为一种新型的储能器件,不仅具有优异的电化学性能,如功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等,还能与其他电子器件直接集成构建微型自供电系统,因此受到了广泛关注。为了满足实际应用中的对可穿戴电子器件的供电和使用需求,可穿戴储能器件必须满足两个要求:1)具有优异的单位面积电化学性能,以解决微型器件中有限空间的供电问题;2)可承受大于30%的拉伸应变,以满足人体日常运动需求。但是,由于传统电极材料结构性能的限制,现有的可拉伸MSC构筑技术都难以同时满足以上需求。

该策略把高性能纳米复合电极材料和先进器件构建技术有效结合,具有以下优点和特点1)MXene和MnONW具有高电容,通过3D打印和定向冷干技术制备叉指电极,可提高电极厚度(达500微米)并引入多孔结构,极大地提高MSC的单位面积容量。2)高导电性的AgNW导电网络的引入,可保证电荷在整体三维电极结构中的快速有效的传输,进一步提高电化学性能和效率。3)电极内部定向蜂窝状多孔结构,可提高厚电极的机械稳定性,提高其拉伸性能。4)C60的引入可以降低MXene片层间的内摩擦,使电极层状孔壁结构可通过片层滑移吸收部分应力,进一步提高厚电极的拉伸稳定性。这几种作用的有效结合,并把胶体电解质渗入多孔电极中,构建所得MSC,其单位面积电容,能量密度,功能密度高达216.2 mF/cm2,19.2 μWh/cm2,58.3 mW/cm2;拉伸至50%应变,并经过上千次的拉伸循环后,器件仍保持优异的电化学性能。这项研究工作有望助推可穿戴电子设备的进一步发展。