柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器具有的高工作電位、高能量密度、優(yōu)異的速率性能等對(duì)柔性電子的發(fā)展具有重要意義。本文合理設(shè)計(jì)和制備了氧缺陷赤鐵礦納米棒@還原氧化石墨烯(Fe
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3-x@RGO)芯鞘纖維。引入氧缺陷可以同時(shí)提高電導(dǎo)率，形成介孔晶體結(jié)構(gòu)，增加活性表面積和活性位點(diǎn)。這導(dǎo)致了電化學(xué)性能的顯著提高，在5 mV s
-1下表現(xiàn)出525.2F cm
-3的高比電容和優(yōu)異的倍率能力(從5到100 mV s
-1保持53.7%)。此外，以Fe
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3-x@RGO纖維為負(fù)極，MnO
2/RGO纖維為正極，組裝了柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了2.35 V的最大工作電壓，71.4 mWh cm
-3的高能量密度，以及5000次循環(huán)后97.1%的保留率。本研究提出了一種簡(jiǎn)單有效的策略，可以大幅提高過渡金屬氧化物負(fù)極的電化學(xué)性能，從而促進(jìn)其在非對(duì)稱超級(jí)電容器中的實(shí)際應(yīng)用。
圖1. (A) Fe
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3-x@RGO纖維的制作示意圖。Fe
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3-x@RGO纖維的表面(B-D)和截面(H-J) SEM圖像。(E-G)對(duì)應(yīng)C、O、Fe元素映射圖像。
圖2. (A-C) Fe
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3-x的TEM圖像。(D-F)Fe
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3-x和Fe
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3納米棒的XRD、Raman和O 1s XPS光譜。
圖3. Fe
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3-x@RGO和Fe
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3@RGO纖維電極的電化學(xué)性能。(A)掃描速率為10mV s
-1時(shí)的CV曲線。(B) Fe
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3-x@RGO纖維電極的CV曲線。(C)掃描速率與比電容的關(guān)系。(D) Nyquist圖。
圖4. (A)組裝后的Fe
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3-x@RGO纖維/MnO
2/RGO纖維不對(duì)稱SC示意圖。(B) Fe
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3-x @RGO纖維和MnO
2/RGO纖維電極在20 mV s
-1時(shí)的CV曲線。(C, D)不同電壓窗下的CV和GCD曲線。(E)比電容與0.5 A cm
-3工作電壓的關(guān)系。
圖5. 不對(duì)稱SC的電化學(xué)性能。(A) CV曲線。(B) GCD曲線。(C)不同電流密度下的比電容。(D)體積能量和功率密度，與先前報(bào)道的纖維器件的比較。(E)循環(huán)穩(wěn)定性。(F)不同彎曲角度下的CV曲線。(G) 180°彎曲角時(shí)的機(jī)械穩(wěn)定性。(H)設(shè)備點(diǎn)亮“NTU”標(biāo)志。
相關(guān)研究成果由南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院Min Li等人于2023年發(fā)表在Journal of Colloid And Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.055)上。原文：Oxygen defect enriched hematite nanorods @ reduced graphene oxide core-sheath fiber for superior flexible asymmetric supercapacitor。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
