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Carbon:具有狭窄介孔结构的RGO/CNT杂化纤维用于高体积性能柔性超级电容器
2019/7/22 13:33:56 易丝帮 0 条评论 邀请点评

      随着便携式电子设备和微电子系统(包括健康监测、植入式医疗设备和智能机器人等)的蓬勃发展,可穿戴小型化的具有高容量性能的储能系统得到了越来越多的关注。其中,纤维状超级电容器由于具有高功率密度、快速充放电能力和较长循环寿命近几年研究热点之一。通常,还原氧化石墨烯纤维可以通过湿法纺丝氧化石墨烯(GO)分散液,然后通过后续还原来大规模制备,其具有优异的导电性、高强度和良好的柔韧性。然而,由于石墨烯纤维松散的多孔结构以及对电解质较差的润湿性导致了低的体积电容,从而限制了它们作为柔性超级电容器的电极材料的应用。

      近日,北京化工大学杨冬芝和于中振教授课题组通过简单的毛细管辅助定向和湿法纺丝方法成功地制备了取向的RGO/CNT杂化纤维。由于碳纳米管的有序排列,RGO/CNT杂化纤维具有连续的纳米通道和狭窄的介孔结构(~4 nm),提升了纤维的比表面积和导电率。此外,调控了纤维的还原程度,C/O5,因此RGO片上保留了大量含氧官能团,这不仅改善了纤维电极浸润性,还提供了近70%的容量。以RGO/CNT杂化纤维为工作电极,PVA/H2SO4为聚电解质,所组装的超级电容器在0.1 A cm-3的电流密度下具有354.9 F cm-3的高体积比容量,表现出优异的循环稳定性(10000次循环后容量保留率为94%)。此外,设计的折纸结构的可折叠超级电容器也具有良好的稳定性,在小型化柔性和可拉伸装置中具有很好的应用前景。

      该工作中提出的通过湿法纺丝GO和碳纳米管(CNT)的非液晶分散液,然后用氢碘酸进行适度化学还原的方法制备具有窄介孔分布结构的柔性RGO/CNT杂化纤维,受益于取向CNT的存在和GO的适度还原,所得杂化纤维表现出良好机械性能、导电性和与电解质润湿性,为构筑高体积性能的柔性电极提供了一种新思路。研究成果以《具有狭窄介孔结构的RGO/CNT杂化纤维用于高体积性能柔性超级电容器(Reduced graphene oxide/carbon nanotube hybrid fibers with narrowly distributed mesopores for flexible supercapacitors with high volumetric capacitances and satisfactory durability, DOI:10.1016/j.carbon.2019.152:134-143)为题,发表于《Carbon》上。北京化工大学材料科学与工程学院博士生徐婷为论文第一作者,北京化工大学材料学院杨冬芝副教授和于中振教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目的经费支持。

1 RGO/CNT杂化纤维的制备过程及其形貌和孔结构表征

2 RGO/CNT杂化纤维为电极组装的柔性超级电容器的电化学性能表征

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.06.005

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文章关键词: 能源环境 , 纳米纤维
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