DOI: 10.1007/s12598-022-02067-1

钾离子混合电容器（PIHC）具有能量/功率密度高、钾资源丰富、成本低廉等优点，在中大型储能系统中具有广阔的应用前景。然而，源自大尺寸K+的电池负极的缓慢动力学导致两个电极之间的失配，从而使PIHC的能量密度不太大。在此，本研究以HNO3预氧化的低软化点煤沥青为低成本原料，开发了一种能够成功合成纤维前体的静电纺丝策略。通过进一步碳化或KOH活化，将两种类型的碳纳米纤维（CNF）分别制备为负极和正极材料，用于双碳PIHC器件。由于其三维互连多孔导电网络和较大的层间距，所得CNF负极材料具有高可逆容量、优异的倍率和长循环稳定性。同时，活化的CNF正极表现出优异的电容性能，其大表面积为2169m2/g。由两个纤维电极构成的PIHC在200.0W/kg下可提供110.0Wh/kg的能量密度，在1.0A/g下循环10,000次后的电容保持率为83.5%。综上所述，本研究为先进双碳PIHC提供了一种低成本途径及平台。

图1.PCNF的形态表征：a,b）FESEM图像；c,d）TEM图像；e）HRTEM图像；f）STEM图像；g-i）对应的EDS映射图像

图2.a）PCNF的XRD图谱，b）拉曼光谱，c）N2吸附-解附等温线和（插图）孔径分布图，d）XPS全扫描光谱，以及高分辨率e）C1s和f）N1s光谱

图3.a）PCNF负极的初始三个CV曲线（0.1mV/s），b）0.1A/g时的恒电流充放电曲线，c）额定容量，d）与最新报道的碳基负极的倍率性能比较，e）CV曲线（1.8mV/s）和赝电容贡献（红色区域），以及f）在1.0A/g下的长时间循环特性

图4.PCNF//aPCNF PIHC的电化学性能：a）不同扫描速率下的CV曲线，b）0.1-5.0A/g下的充放电曲线，c）倍率性能，d）与其他PIHCs比较的Ragone图，e）放电曲线，f）漏电流曲线和g）1.0A/g下的长期循环性能