MXeneベース電極を用いたフレキシブルスーパーキャパシタ:材料合成からデバイス統合まで

• Mo・V・Nb・Cr・W・Zr・Hf・Ta・Sc・Yベースを含む非Ti MXenesへのドーピングが、スーパーキャパシタ応用の新領域としてレビューされた
• M・X・Tサイトへのドーピング/置換および多元素エンジニアリングが、電子構造・電荷分布・層間間隔・表面化学を調整し、電気化学キネティクス・静電容量・レート能力・サイクル安定性に相関すると議論
• 計算およびデータ駆動型アプローチとベンチマーキングを統合し、構造-ドーピング-メカニズム-性能関係の設計原則確立を目指す方向性が示された

MXeneは、その二次元層状構造、高い導電性、親水性表面、調整可能な化学的性質により、電気化学的エネルギー貯蔵において広範な関心を集めている。しかし、従来のMXeneは、再積層、イオン輸送の制限、界面安定性の不足、活性サイト多様性の限界といった課題を抱えている。近年、高エントロピー戦略は、Mサイトに複数の遷移金属を導入することでMXeneの構造と特性を制御する新たな機会を提供してきた。本稿では、Mサイトのマルチメタルエントロピー、XサイトのC/N化学的性質、および表面終端の構成的無秩序の連動する役割に焦点を当て、MXeneベースのエネルギー貯蔵材料の理解と設計のためのフレームワークとして多段…

• 天然ポリマー・セラミックナノコンポジットに関する41研究を対象としたレビューで、電極・電解質・セパレータへの応用を評価。天然ポリマーが最終コンポジットの構成要素として残る研究のみを対象とした
• セルロースが最も広く検討されているマトリックスであり、MnO2、ZnO、SnO2、TiO2、Fe3O4、BaTiO3などの幅広いセラミック材料と複合化されている
• セラミック添加は電気化学活性、イオン輸送、熱安定性、機械的完全性を一般に向上させるが、報告性能は組成・構造・デバイス構成に強く依存する

• MXene/CNF足場上に垂直配向したNiV-LDHナノシートからなるフレキシブル複合電極が作製され、1 A g−1で614 F g−1の比容量を達成した。
• 非対称スーパーキャパシタは5 A g−1で10,000サイクル後に68.75%の容量保持率を達成し、1.37 Vの安定した開放電圧を示した。
• 2つのセルを直列接続することで3 VのLEDストリップを点灯させることに成功した。

本研究では、レーザー誘起グラフェン(LIG)の指状電極上に、酸化グラフェン(GO)、PEDOT:PSS、MXeneの3成分複合材料(GO-PEDOT:PSS-MXene)を搭載した、高性能な柔軟型静電容量式湿度センサーを開発した。この多次元構造は、3成分間の顕著な相乗効果を利用し、湿度センサーの性能を大幅に向上させる。相対湿度11%から97%の範囲で、18,643.02 μF/%RHという高い測定感度を記録した。また、水分駆動による微細構造のスウェリングが特徴的な負の静電容量応答を誘発し、層間隔を増加させる。応答時間31.7秒、回復時間11.2秒という高速な応答・回復時間により、人間の呼吸リ…