相对较低的能量密度限制了超级电容器更广泛的应用，如何在不牺牲其高功率密度和循环稳定性的同时提高超级电容器的能量密度，是亟待解决的关键问题。

为解决上述问题，天津科技大学司传领教授、徐婷副教授与南京林业大学蔡旭敏副教授及华南理工大学赵祖金教授合作，基于纤维素纳米纤维（CNF）优异的机械性能、高比表面积以及丰富的羟基基团，提出利用界面协同效应，构建了具有介孔结构和优异导电性能的CNF/MXene杂化纤维。其中，CNF不仅改善了MXene的流变性能，而且有效抑制MXene纳米片的堆积，提升了杂化纤维的离子传输效率及电荷存储能力。所制备的杂化纤维展示出优异的电容性能，大幅提高了纤维基超级电容器的能量密度。

采用湿法纺丝策略实现了CNF/MXene杂化纤维的可控制备。将纺丝液以0.1 mL/min的注射速率挤入乙酸旋转凝固浴中。由于乙酸与水之间的良好互溶性以及快速扩散性，纺丝原液在凝固浴中固化，形成具有稳定形状的凝胶纤维。随后将凝胶状纤维从凝固浴中拉出，并缠绕在卷筒上，室温干燥后，得到CNF/MXene杂化纤维。

CNF/MXene杂化纤维具有较高的比表面积，当CNF与MXene为1:4时，纤维比表面积为220.4 m2/g，且孔径集中分布在4-20 nm，丰富的介孔结构可为离子传输提供通道。此外，CNF和MXene片材上带负电的氧阴离子基团会与溶液中的水合质子（H3O+）发生静电相互作用，进而形成层间交联结构，显著提升纤维导电率（916.0 S/cm）。

为探究CNF/MXene杂化纤维的电化学性能，在三电极系统中以3 M H2SO4作为电解质，在-0.4-0.4 V电位范围下对纤维电极进行了研究。CV曲线在-0.3 V和-0.25 V处均呈现出一对明显的氧化还原峰，显示出典型的赝电容特性，表明添加CNF并未改变MXene的赝电容储能机制。利用GCD曲线计算纤维的体积比电容，在1.5 A/cm3电流密度下，CNF1MXene4纤维的体积比电容高达1457.0 F/cm3。

进一步，以CNF1MXene4作为活性材料和集电器，组装了柔性对称纤维基超级电容器。纤维超级电容器的CV曲线在2-50 mV/s的扫描速率范围内均呈现矩形轮廓。说明纤维电极之间高效的可逆性和电荷转移。此外，根据GCD曲线，单电极的体积比电容在0.1 A/cm3时为1354.5 F/cm3（511.6 F/g），表明其优异的电化学性能。所制备的柔性超级电容器在40.0 mW/cm3时具有30.1 mWh/cm3的高体积能量密度。组装后的超级电容器在10000次充放电循环后仍保持初始电容的83%，显示出优异的长期循环稳定性。三个串联连接的纤维超级电容器可以轻松地为电子闹钟供电，表明纤维超级电容器在柔性电子领域具有广泛的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202307344

（来源：高分子科学前沿）