開發一維高體積能量密度超級電容器（SC），對于微型可穿戴設備具有重要的意義。在這項研究中，通過濕法紡絲和化學還原法，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構。這紡絲溶液粘度低，濃度高，可以確保紡絲順利進行，同時減少了相分離過程中的傳質，從而減小了孤立氣孔產生的“死體積”。此外，具有一維和二維雜化納米結構、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SC表現出優異的性能，其體積能量密度高達8.63 mWh cm−3，該性質超過了先前報道的碳基纖維。該研究通過可擴展和高效的工藝為精細控制石墨烯纖維的密度和孔結構打開了一扇門，并有望應用于高體積存儲。
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）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分散體的偏振光學顯微鏡圖像。D，E）穩定的粘度和應力作為剪切速率的函數。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下的橫截面SEM圖像。
Figure 4. RGO，CNT/RGO和PUCNT/RGO纖維基SC的電化學性能。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）不同電流密度下的體積和質量電容。G）電化學阻抗譜。
該研究工作由東華大學朱美芳院士和清華大學張躍鋼教授課題組于2021年發表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Unzipped Carbon Nanotube/Graphene Hybrid Fiber with Less “Dead Volume” for Ultrahigh Volumetric Energy Density Supercapacitors。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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