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同轴电纺独立式和机械稳定的分层多孔碳纳米纤维膜用于柔性超级电容器
2020/1/14 11:13:28 易丝帮

DOI:10.1016/j.carbon.2020.01.017

制备具有优异电化学性能和出色机械性能的电极材料对于制造柔性超级电容器是至关重要的。然而,制备孔隙度和柔性兼容的电极材料仍然具有挑战性。本文采用简便的同轴静电纺丝技术和模板法制备了具有大比表面积(648 m2 g-1)和合适孔径分布的自支撑多孔同轴碳纳米纤维(PCCNF)膜。PCCNF在三电极和两电极系统中分别具有261和48 F g-1(1 A g-1)的超电容、能量密度(48.6±3 Wh kg-1)和功率密度(67.5±1 Wh kg-1)。此外,基于PCCNF的超级电容器器件表现出极好的柔性,以及优异的电化学和机械稳定性。基于PCCNF的高性能超级电容器可用于柔性电子储能装置。

 

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图1.PCCNF的制备和表征。(a)PCCNF合成的示意图。(b)石蜡油@PAN/TEOS的数码照片。(c)石蜡油@PAN/TEOS的SEM图像和(d)TEM图像。(e)中空碳/SiO2的SEM图像和(f)TEM图像。(g)PCCNF的SEM图像。


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图2.(a)CCNF、(b)PCNF和(c)PCCNF的TEM图像。(d)PCCNF的HRTEM图像。(e)CCNF、PCNF和PCCNF的氮气吸附-解吸等温线,和(f)相应孔径分布。


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图3. PCCNF、CCNF和PCNF的(a)XRD图、(b)拉曼光谱和(c)XPS全扫描光谱。 PCCNF的(d)C 1s、(e)N 1s和(f)O 1s的高分辨率XPS光谱。


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图4. PCNF、CCNF和PCCNF在以3 M KOH为电解质的三电极系统中的电化学性能。(a)扫描速率为10 mV s-1时的差分电容图。(b)在1 A g-1的电流密度下的GCD曲线。(c)不同电流密度下的比电容。(d)奈奎斯特图和(d)中的插图是高频范围的放大倍数。


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图5.在以EMIMBF4为电解质的双电极系统中,基于PCNF、CCNF和PCCNF的器件的超级电容器性能。(a)基于PCCNF的器件的CV曲线和(b)GCD曲线。(c)不同电流密度下的比电容。(d)基于PCNF、CCNF和PCCNF的器件的奈奎斯特图。(d)中的插图是用于拟合EIS光谱的等效电路。(e)与传统电容器、商用电化学电容器、锂离子电池和文献结果相比,基于PCCNF的器件的Ragone图。(f)基于PCCNF的器件的数码照片。(g)在10 mV s-1的扫描速率下测试的基于PCCNF的器件在不同弯曲条件下的CV曲线。(h)基于PCCNF的器件在10 A g-1弯曲1000次的弯曲稳定性。(i)基于PCCNF的器件在10 A g-1下的10000次循环稳定性。


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