DOI: 10.1016/j.susmat.2021.e00341

在泰国，棕榈油行业存在大量的棕榈仁壳（PKS）残留物，主要将其用作低成本的热能发电材料。因此，为了提高其价值，将由PKS提取木质素（PKS木质素）和聚丙烯腈（PAN）组成的杂化纤维前体用于碳纤维（CF）的生产。在本研究中，通过静电纺丝含PKS-木质素和PAN共混物的二甲基甲酰胺（DMF）溶液形成了不同PKS-木质素与PAN比率的纤维。在没有任何交联剂的情况下，对PKS-木质素与PAN比率为10:6的纤维织物进行热稳定，并于900、1000和1200℃下碳化，无物理/化学活化。PKS-木质素/PAN CF垫的纤维直径在0.3-1.1μm范围内，具有577-1330 m2 g-1的高表面积，0.97-2.94 cm3 g-1的微孔体积（Vmicro）以及1.03-2.97 cm3 g-1的总孔体积（Vtotal）。此外，它们还具有20-106 S cm-1的高电导率和20-24wt%的总杂原子（氮（N）和氧（O））含量。PKS-木质素/PAN CF织物可直接用作无任何导电添加剂/粘合剂的自支撑电极材料，以进行电化学测量。在1000℃下制备的PKS-木质素/PAN CF电极显示出最高的比电容（Cs），能量和功率密度，分别约为148 F g-1、35 W h kg-1和860 W kg-1。此外，该PKS-木质素/PAN CF电极的电容保持率（CR）在10000次循环后仍保持约90%。在这项工作中，杂原子富集以及PKS-木质素/PAN CF电极的优异润湿表面对高电容性能发挥了重要作用。

图1.（a）电纺PAN纤维和不同PKS-木质素:PAN比率（phv）的电纺PKS-木质素/PAN纤维的SEM图像以及纤维直径分布图：（b）10:5，（c）10:6和（d））10:7。

图2.热稳定后电纺纤维的SEM图像与纤维直径分布图：（a）稳定的PKS-木质素/PAN纤维和（b）稳定的PAN纤维。

图3.碳化后纤维的SEM显微照片以及纤维直径分布图：（a）PKS-木质素/PAN 900CFs，（b）PKS-木质素/PAN 1000CFs，（c）PKS-木质素/PAN 1200CFs，和（d）PAN 1000CFs。

图4.（a）与PAN 1000CFs相比，不同碳化温度处理的PKS-木质素/PAN CFs在77K下的N2吸附-解吸等温线和（b）BJH孔径分布。

图5.（a）PAN 1000CFs和不同碳化温度处理的PKS-木质素/PAN CFs的拉曼光谱和（b）XRD图谱的曲线拟合。

图6.PKS-木质素/PAN 1000CF在50mV/s扫描速率下的CV曲线：（a）使用0.5M恒定浓度的不同电解质和（b）不同浓度的KOH电解质。

图7.使用0.5M KOH，不同碳化温度处理PKS-木质素/PAN CF电极：（a）900℃，（b）1000℃，（c）1200℃，和（d）PAN 1000CF电极在不同扫描速率下的CV曲线。（e）使用0.5M KOH，PAN 1000CF电极和不同碳化温度处理PKS-木质素/PAN CF电极在5mV/s扫描速率下的CV曲线。

图8.（a）不同碳化温度处理PKS-木质素/PAN CF电极在0.5M KOH中于1A/g固定电流密度下的GCD循环，（b）PKS-木质素/PAN 1000CF电极在0.5M KOH中于不同电流密度下的GCD循环。（c）PKS-木质素/PAN 1000CF电极在不同电流密度下的Cs。

图9.PAN 1000CF电极和不同碳化温度处理PKS-木质素/PAN CF电极的奈奎斯特图。插图显示了Randles单元等效电路和每条曲线的放大图。

图10.（a）PKS-木质素/PAN 1000CF电极在不同电流密度下的Ragone图（线上的五个点）以及（b）使用PKS-木质素/PAN 1000CF电极的Swagelok-两电极电池在不同循环下的CR百分比。