可穿戴电子产品的正常运行需要功率和能量指标满足的可穿戴能量存储系统支撑。然而，由于当前可用材料和技术的性能指标不足，到目前为止，大多数电子纺织品系统仍然缺少灵活、可拉伸和真正的纺织品级储能平台。二维（2D）过渡金属碳化物和氮化物（MXene）具有更独特的性能组合，包括金属导电性、高比电容、亲水性和溶液可加工性，以及机械灵活性和坚固性，使这些材料有望用于柔性可穿戴储能器件。以往研究证明，Ti3C2Tx溶液已经验证了通过浸渍涂层、热喷墨印刷、湿纺、电纺等方法可以集成到织物和纺织品中，尽管在MXene纤维和纺织品的制造以及基于它们的可穿戴超级电容器的开发方面做出了相当大的努力，但大多数报告的数据显示相对较低的能量值，使得它们在实际应用中不切实际。

成果简介

基于上述问题，本文展示了具有高面积负载Ti3C2TxMXene的纺织品电化学电容器器件，该器件可以通过堆叠设计方法进行串联集成，并满足可穿戴电子产品的实际功率要求。它是一个由5个电池串联，面积为25cm2，MXene负载为24.2mgcm-2的纺织品超级电容器。它可以在6V电压窗口下工作，功率密度为0.mWcm-2，能量密度为0.mWhcm-2，面积电容为mFcm-2，放电电流为0.16mAcm-2。MXene纺织品超级电容器为需要高电流密度的温度监测系统供电，并将数据无线传输到接收器，持续96分钟。本文展示出MXene纺织品超级电容器为电子系统供电的初步数据，体现出该系列2D材料的潜力，同时该材料还可以支持各种设备，如柔性纺织品形式的运动跟踪器和生物医学监视器。

全文导读

图1（a）MXene的能量存储潜力应用（b）纺织品超级电容器集成所需的指标（属性），重点是可伸缩能量存储及其与外围电子设备的集成，其中具有5×5cm2占地面积的Ti3C2TxMXene纺织品超级电容器为可编程电子设备供电。

图2（a）纱线和（b）织物的Ti3C2Tx涂层。(c)Ti3C2Tx在约nm，15mgmL?1Ti3C2Tx水溶液的浸渍中的质量负载用于纱线涂覆的14mg/mLTi3C2Tx水溶液和（d）在约nm的滴铸循环中Ti3C2Tx的质量负载，用于织物涂覆的14mg/mLTi3C2Tx水溶液

图3（a）包装在真空密封袋中的6V“堆叠”超级电容器的示意图和图像。(b)比较每件器械的重量电容和总电容与超级电容器几何配置。几何构型如下：“堆叠”、“I.1”叉指型1、“I.2”叉指型2和“2.电极”。从材料的角度（重量电容值）和器件设计的角度（每个器件的电容值）来看，“堆叠”配置是最有效的。(c)此外，"堆叠式“超级电容器很薄，易于弯曲。

图4（a）基于纺织品的超级电容器的不同充电协议和（b）由此产生的放电曲线。在（c）待机和电源模式下，使用LSV充电30分钟的器械的交流电放电曲线，以及（d）0.5mA和（e）2.0mA单次电源循环的分析。在（f）1.0mA、（g）5mA和（h）10mA下具有不同面积的三明治设计6V电池的具有电位限制的恒电流循环，即恒定电流（CC）分析。

图5（a）使用5×5cm26V纺织品基超级电容器（具有Ti3C2Tx电极）供电的设备的放电曲线。(b)硬件图中描述的MXene供电的传感、计算和传输设备的图片。(c)基本计算硬件配置的系统图，其中集成了一个可伸缩的基于纺织品的超级电容器作为电源。点*表示织物MXene和外围硬件之间的层，从该层测量（a）中的放电曲线数据。

总结

本文使用可导电的Ti3C2Tx结合纺织品制备能量存储装置，可产生足够的能量来提供外围电子硬件效能，同时保持柔性功能。Ti3C2TxMXene纺织超级电容器器件面积为25cm2,MXene负载为24.2mgcm-2，功率密度为0.mWcm-2，在0.16mAcm-2放电电流和6V电压窗口下，电容为mFcm-2，能量密度为0.mWhcm-2。充满电的MXene超级电容器能够为未优化的无线电子设备供电，每30秒传输一次温度数据，持续96分钟，不会因开关电流而下降。针对低功耗设计和优化的系统可以在单个25cm2的电池上运行相当长的时间，可能使多个电池能够使用一整天。未来的工作包括开发超低功耗电子产品，同时将超级电容器装置集成为可穿戴的服装贴片，对织物和纱线上的MXene涂层进行机械测试，以及优化包装以延长保质期。