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Mater. Chem. Phys.:硫酸盐木质素衍生自立式碳纳米纤维垫在高性能全固态超级电容器中的应用
2021/4/7 16:11:06 易丝帮

DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.124454

在本研究中,采用简易静电纺丝技术合成了可再生的硫酸盐木质素基纳米纤维,并在不同温度(600、800和1000℃)下进行热处理,将其进一步转化为碳纳米纤维(CNFs)。使用SEM、拉曼光谱、FTIR、BET和电化学工作站对不同热处理的碳纳米纤维垫进行了表征。将这些CNFs用作独立式电极,并使用三电极系统对其电化学性能进行了表征。在不同的电极中,800℃热处理的CNF电极比600℃和1000℃热处理的CNF电极具有更高的比电容(196.63F/g@1A/g)。基于电化学性能,选择800℃热处理的CNF电极来组装两种不同类型的对称超级电容器装置,即水性(使用1M H2SO4)和固态电解质(使用PVA-1M H2SO4聚合物凝胶)。固态电解质设备的工作电位窗口为0至2V,高于水性电解质基设备的工作电位窗口。除此之外,它还提供了更高的能量和功率密度,分别为62.6Wh/kg和1.25kW/kg,10,000次循环后效率为99.5%。本研究所制备的硫酸盐木质素衍生带状CNF基固态对称超级电容器装置为独立式碳纳米纤维垫基储能装置的开发开辟了新的途径。

 

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图1:木质素-PVA基碳纳米纤维的合成示意图。


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图2:(a)木质素纳米纤维,(b)C-600,(c)C-800和(d)C-1000的SEM图像。


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图3:(a)C-600,(b)C-800和(c)C-1000样品的拉曼分析,以及(d)C-600,C-800和C-1000样品的FTIR光谱比较。


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图4:(a)C-600、C-800和C-1000的全扫描,(b)C1s核心光谱,(c)O1s核心光谱的放大扫描。C-800的(d)C1s和(e)O1s光谱的反卷积。


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图5:(a)C-600、C-800和C-1000样品的N2吸附-解吸等温线,(b)BJH孔径分布比较。


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图6:(a)10mV/s下的循环伏安图比较,(b)不同扫描速率下C-800的CV,(c)C-600、C-800和C-1000在1A/g下的GCD比较,(d)不同电流密度下C-800的GCD。


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图7:(a)C-600、C-800和C-1000样品的奈奎斯特图比较,(b)IR压降与电流密度的关系。


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图8:(a)水性和固态超级电容器器件在10mV/s下的CV比较,(b)在1A/g下的GCD比较。


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图9:(a)水性和固态器件的奈奎斯特图比较,(a1)所选区域的放大图。


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图10:(a)Ragone图中能量密度和功率密度的比较,以及(b)C800-AQ和C800-SS设备的可循环性。


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