開發(fā)一維高體積能量密度超級電容器（SC），對于微型可穿戴設(shè)備具有重要的意義。在這項(xiàng)研究中，通過濕法紡絲和化學(xué)還原法，制備了部分解鏈的碳納米管/還原氧化石墨烯（PUCNT/RGO）雜化纖維，該纖維具有較小的死體積和有序的多孔結(jié)構(gòu)。這紡絲溶液粘度低，濃度高，可以確保紡絲順利進(jìn)行，同時(shí)減少了相分離過程中的傳質(zhì)，從而減小了孤立氣孔產(chǎn)生的“死體積”。此外，具有一維和二維雜化納米結(jié)構(gòu)、大比表面積和良好水溶性的PUOCNT，可以作為一種更有效的間隔體來抑制氧化石墨烯片層的再堆積，同時(shí)減少間隔體本身和形成的大空間空洞的“死體積”。由PUCNT/RGO雜化纖維組裝而成的全固態(tài)SC表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，其體積能量密度高達(dá)8.63 mWh cm−3，該性質(zhì)超過了先前報(bào)道的碳基纖維。該研究通過可擴(kuò)展和高效的工藝為精細(xì)控制石墨烯纖維的密度和孔結(jié)構(gòu)打開了一扇門，并有望應(yīng)用于高體積存儲(chǔ)。
Figure 1. A）PUOCNT和PUCNT/RGO纖維的合成示意圖。B，C）PUOCNT的TEM圖像。D）拉曼光譜E）XPS光譜，F(xiàn)）XPS C1s光譜，G）CNT和PUOCNT的氮吸附和解吸等溫線。
Figure 2. A–C）水性GO，CNT/GO和PUOCNT/GO分散體的偏振光學(xué)顯微鏡圖像。D，E）穩(wěn)定的粘度和應(yīng)力作為剪切速率的函數(shù)。F）GO，CNT / GO和PUOCNT/GO分散體的照片。
Figure 3. A–C）RGO纖維，D–F）CNT/RGO纖維和G–I）PUCNT/RGO纖維分別在低放大倍率和高放大倍數(shù)下的橫截面SEM圖像。
Figure 4. RGO，CNT/RGO和PUCNT/RGO纖維基SC的電化學(xué)性能。A）纖維狀SC的示意圖和照片。B，C）在10 mV s–1掃描速率下的CV曲線和在100 mA cm–3的電流密度下的GCD曲線。D）PUCNT/RGO纖維在各種電流密度下的GCD曲線。E，F(xiàn)）不同電流密度下的體積和質(zhì)量電容。G）電化學(xué)阻抗譜。
該研究工作由東華大學(xué)朱美芳院士和清華大學(xué)張躍鋼教授課題組于2021年發(fā)表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Unzipped Carbon Nanotube/Graphene Hybrid Fiber with Less “Dead Volume” for Ultrahigh Volumetric Energy Density Supercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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