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J. Power Sources:电纺ZnFe2O4/碳纳米纤维作为高倍率超级电容器电极
2020/6/10 10:43:00 admin

DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228416

采用静电纺丝法制备了ZnFe2O4/碳(ZFO/C)纳米纤维,随后进行稳定化处理、高温碳化和额外诱导退火,用于高性能超级电容器电极。先前将ZFO掺入电纺纤维中的尝试总是导致ZFO纳米纤维中不含碳或碳纳米纤维中的多相组分。在这项工作中,引入了额外的诱导退火,成功地制备了无其它相的ZFO/C纳米纤维。直径约180 nm的连续碳纳米纤维可以缩短离子扩散距离,提高ZFO的电导率,并改善ZFO/C纳米纤维的结构稳定性,而小的ZFO纳米颗粒(约30 nm)则可以在电化学反应中得到充分利用。因此,优化的ZFO/C-B-250-600-280在1 A g-1的电流密度下具有237 F g-1的比电容。即使在电流密度为10 A g-1的情况下,仍可保持88.2%的容量。

 

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图1.ZFO/C纳米纤维合成的示意图。ZFO/C纳米纤维是通过传统的两步退火和静电纺丝后的额外诱导退火相结合制备的。额外的诱导退火起关键作用。


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图2.电纺前驱体纳米纤维的SEM图像:(a)ZFOp/PAN-A、(b)ZFOp/PAN-B和(c)ZFOp/PAN-C。


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图3.电纺前驱体纳米纤维的SEM图像:(a)ZFOp/PAN-B,(c)ZFOp/PAN-B-H;退火后相应ZFO/C的SEM图像:(b)ZFO/C-B-250-600-280,(d)ZFO/C-B-H-250-600-280。


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图4.ZFO/C-B-250-600-280纳米纤维的SEM图像(a),对应的EDX元素映射:(b)铁、(c)锌、(d)碳。


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图5.(a)ZFO/C-B-250-600-280纳米纤维的TEM图像、(b)放大TEM图像和(c)HRTEM图像;通过在不同退火步骤下对ZFOp/PAN-B进行退火获得的ZFO/C-B的XRD图:(d)ZFO/C-B-250、ZFO/C-B-250-500、ZFO/C-B-250-500-280,(e)ZFO/C-B-250、ZFO/C-B-250-600、ZFO/C-B-250-600-280和(f)ZFO/C-B-250、ZFO/C-B-250-700、ZFO/C-B-250-700-280。


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图6.(a)ZFO/C-B-250-600-280的CV曲线,(b)ZFO/C-B-250-600-280的GCD曲线;(c)ZFO/C-B-250-600-280在不同电流密度下的比电容曲线,(d)ZFO/C-B-250-600-280在1 A g-1电流密度下的循环寿命。


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