石墨烯纖維基超級電容器正在成為最有前途的可穿戴電子儲能設(shè)備之一。然而，由液晶紡絲制成的石墨烯纖維，由于p–p聚集，通常具有類似石墨的結(jié)構(gòu)，這極大地阻礙了它們在能量存儲中的實(shí)際應(yīng)用。在這里，以自組裝的3D GO微凝膠為紡絲原液，通過微凝膠紡絲和熱還原過程，制備了N和S共摻雜的多孔石墨烯纖維。該纖維具有的大的比表面積（312 m2 g-1），恰當(dāng)?shù)姆旨壙捉Y(jié)構(gòu)和N和S共摻雜的協(xié)同效應(yīng)，使其作為柔性電極用于纖維狀超級電容器，在電流密度為0.1 A cm-3時(shí)，體積電容為59.9 F cm-3，出色的能量和功率密度（50.3 mW cm-3時(shí)為8.3 mW h cm-3）。此外，還具備良好的長期穩(wěn)定性（在10 000次循環(huán)中，初始比電容保持率為96.2％）。這種經(jīng)濟(jì)高效且簡單的制備方法為大規(guī)模制備雜原子摻雜多孔石墨烯纖維開辟了道路，并促進(jìn)其在可穿戴設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用。
Figure 1. NS-G纖維的制備示意圖。
Figure 2. （a–c）多孔NS-GF的橫截面SEM圖像。（d–f）相應(yīng)的C，N和S元素映射圖像。（g–i）多孔NS-GF的表面SEM圖像。
Figure 3.（a–d）NS-GF的XPS光譜。（a）總譜，（b）C 1s，（c）N 1s和（d）S 2p光譜。（e）NS-G的示意圖。（f）NS-GF的拉曼光譜。
Figure 4. （a）NS-GF在各種掃描速率下的CV曲線。（b）NS-GF在不同電流密度下的GCD曲線。（c）在各種電流密度下的比電容。（d）循環(huán)穩(wěn)定性。（e）不同彎曲角度時(shí)的CV曲線。（f）Ragone曲線。
Figure 5. （a）并聯(lián)連接的三個(gè)SC的示意圖。（b）串聯(lián)連接的四個(gè)SC的示意圖和照片。（c）并聯(lián)連接的三個(gè)SC的GCD曲線。（d）串聯(lián)連接的四個(gè)SC的GCD曲線。（e）由串聯(lián)連接的帶電設(shè)備驅(qū)動電子手表的光學(xué)照片。
該研究工作由東華大學(xué)Meifang Zhu與清華大學(xué)Yuegang Zhang課題組合作于2020年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Scalable microgel spinning of a three-dimensional porous graphene fiber for high-performance flexible supercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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