DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.165983

碳纳米纤维的孔结构对其电化学性能有着重要影响。柔性碳纳米纤维作为超级电容器电极材料的电化学性能可以通过改变孔的大小和数量来控制。本研究通过同轴静电纺丝和高温碳化制备了中空多孔碳纳米纤维（HPCNFs）。氮气吸附/解吸曲线表明，HPCNF具有较大的比表面积和良好的孔径分布。此外，还采用循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）分析了HPCNF的电化学性能。结果表明，在电流密度为1A/g时，中空多孔碳纳米纤维的比电容为168.8F/g。此外，HPCNF在5A/g电流密度下充放电2000次后的比电容保持率为95.61%，表现出稳定的循环性能。在没有任何粘合剂或导电剂的情况下组装的固态超级电容器也显示出良好的循环稳定性和优异的柔性。因此，具有柔性、高比表面积和优异电化学性能的HPCNF作为超级电容器的优良电极材料具有广阔的前景。综上，本文提出了合理的方法，为柔性电极材料的未来研究及其在超级电容器和柔性可穿戴电子设备中的应用创造了更多可能。

图1.（a）中空多孔碳纳米纤维的合成示意图。（b）CNF、（c）PCNF、（d）HCNF和（e）HPCNF碳化前的SEM图像；（f）CNF、（g）PCNF、（h）HCNF和（i）HPCNF碳化后的SEM照片；（j）CNF、（k）PCNF、（l）HCNF和（m）HPCNF的TEM图像；C（o）、N（p）和O（q）的EDS元素映射对应于图1（n）。

图2.（a）N2吸附/解吸等温线；（b）HPCNF的孔径分布曲线；（c）XRD图谱；（d）拉曼光谱；（e）HPCNF的XPS全扫描；（f-h）HPCNF中C1s、O1s和N1s的高分辨率XPS光谱。

图3.（a）CNF、（b）PCNF、（c）HCNF和（d）HPCNF在不同扫描速率下的CV曲线；（e）CNF、（f）PCNF、（g）HCNF和（h）HPCNF在不同电流密度下的GCD曲线。

图4.（a）在6M KOH中的三电极系统；（b）CNF、PCNF、HCNF和HPCNF在20mV/s扫描速率下的CV曲线；（c）CNF、PCNF、HCNF和HPCNF在1A/g电流密度下的GCD曲线；（d）HPCNF在不同电流密度下的比电容；（e）HPCNF和其他先前报道的碳纳米纤维的Ragone图；（f）10000Hz至0.01Hz频率范围内的奈奎斯特图、等效电路以及等效电路元件的值；（g）HPCNF在5A/g电流密度下的循环性能。

图5.（a）自组装超级电容器装置示意图；（b）图像展示了一个自组装超级电容器装置；（c）超级电容器在不同扫描速率下的CV曲线；（d）超级电容器在不同电压窗口下的CV曲线；LED由两个串联的SCs以不同的弯曲度点亮：（e）0°，（f）90°，（g）135°；（h）LED由三个串联的SCs点亮；（i）自组装超级电容器装置在5A/g下的循环性能。插图显示了第一个和最后五个循环的GCD曲线。

图6.孔隙率为（a）0、（b）0.3、（c）0.6和（d）0.9时的电解质电位图；孔隙率为（e）0、（f）0.3、（g）0.6和（h）0.9时的电解质电流密度图；孔隙率为（i）0、（j）0.3、（k）0.6和（l）0.9时的电极电流密度图。