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    天津工業大學蔡志江Cellulose:高電化學性能D-酒石酸摻雜柔性聚吲哚/碳納米管/細菌纖

    2020-05-16   易絲幫

    DOI:10.1007/s10570-020-03199-2

    采用“靜電紡絲和電噴霧”以及恒電位聚合兩步法相結合制備了柔性聚吲哚/碳納米管/細菌纖維素(PIn/CNT/BC)納米纖維無紡布電極。通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、傅立葉紅外光譜儀、Brunauer-Emmett-Teller和能量色散光譜法研究了所制備的PIn/CNT/BC無紡布電極的結構和形態。PIn/CNT/BC電極具有層狀結構,其花椰菜狀的粗糙表面由BC電紡納米纖維、CNT涂層和PIn納米顆粒層組成,分別起到支撐基材、導電路徑和電極活性材料的作用。為了評估PIn/CNT/BC電極的電化學性質,進行了循環伏安法、恒電流充/放電和電化學阻抗譜測試。獨特的結構確保了柔性PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極具有高達552.6 F g-1的比電容,更長的使用壽命,在5000次循環后具有95.6%的電容保持率。當電荷轉移電阻的擬合值為9.87 X時顯示出較好的電導率,在1500次彎曲循環后,仍具有出色的柔性和穩定性,比電容保持率高達96.4%。PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的出色電化學性能為可穿戴和智能電子元件的柔性儲能裝置提供了廣闊的應用前景。

     

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    圖1.PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的制備過程示意圖。


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    圖2.純BC(a,a′)、BC/CNT(b,b′)和PIn/CNT/BC(c,c′)納米纖維無紡布的SEM圖像;純BC(d)、BC/CNT(e)和PIn/CNT/BC(f)納米纖維無紡布的纖維直徑分布;PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的TEM圖像(g)。


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    圖3.BC/CNT和PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的FTIR(a)和EDS(b)光譜(插圖:BC和PIn的化學單元結構)。


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    圖4.在0.1 V s-1的掃描速度下比較BC/CNT和PIN/CNT/BC無紡布電極的CV曲線。不同掃描速度下PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的CV曲線(b);DTA離子在PIn中的摻雜/去摻雜過程(c);PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的CV曲線,以0.05 V s-1的掃描速率進行5000次循環(d)。


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    圖5.BC/CNT和PIN/CNT/BC納米纖維無紡布電極的電化學阻抗譜(a);PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的等效電路(b)。


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    圖6.BC/CNT(A)和PIn/CNT/BC(B)納米纖維無紡布電極在各種電流密度下(a:10 mA cm-2,b:50 mA cm-2,c:200 mA cm-2)的GCD曲線;BC/CNT和PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極的Ragon圖(C)。


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    圖7.PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極在5000個循環中的循環穩定性(a)和PIn/CNT/BC納米纖維電極在1600個循環中的可逆電容(b)。


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    圖8.PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極在不同角度彎曲的CV曲線(a)和比電容(b);PIn/CNT/BC納米纖維無紡布電極在1500個彎曲循環前后的CV曲線(c);彎曲循環數與比電容的關系圖(d)。


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