Int. J. Energy Res.：LCNFs-NiMnS//AC的制備及其在高能可充電混合超級電容器中的應用

DOI: 10.1002/er.6312

由天然化合物設計出的具有高能量密度的廉價、無粘結劑電極無疑對高性能超級電容器的構建提出了一個有趣的挑戰。尤其是，以芒（荻）木質素為原料合成具有無機活性位點的高導電性碳電極對混合超級電容器至關重要。在這項工作中，通過靜電紡絲將Ni-Mn硫化物納米顆粒網絡嵌入木質素衍生碳納米纖維（LCNFs）上，然后在惰性氣氛中進行直接氣相硫化或過氧化誘導硫化。經過兩種不同的硫化過程后，碳納米纖維上的Ni-Mn硫化物直接轉變為具有高度機械柔性的獨立式電極，在1 A g-1下具有652.3 C g-1的良好比容量，出色的倍率性能（在20倍初始電流密度下的容量保持率為73.6％），即使在10 A g-1的高電流密度下循環5000次后的循環穩定性為91.3％。這些卓越的性能歸因于3D LCNFs表面嵌入的Ni-Mn硫化物納米顆粒的合理設計以及纖維網的協同作用和石墨性質，其提高了導電性，影響了界面接觸并促進了電極表面的高度電化學活性位點。此外，還展示了LCNFs-NiMnS//活性炭（AC）的水性混合超級電容器組件，在800 W kg-1的功率密度下，其最大能量密度為52.4 W h kg-1，即使在10000次循環后仍可保留92.3％的容量。這項工作不僅建立了一種高容量負極，而且為設計符合各種儲能應用的柔性導電異質結構網絡提供了理想的策略。

圖1.A和B，LCNFs@Ni-Mn；C和D，LCNFs@NiMnO-2；E和F，LCNFs@NiMnS-2；G和H，LCNFs@NiMnS-1的SEM圖像[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖2.LCNFs@NiMnS-1納米纖維的形態表征。A和B，TEM；C，HRTEM；D，SAED；E，EDX映射圖像[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖3.A，LCNFs@NiMnS-1，LCNFs@NiMnO-2，LCNFs@NiMnS-2和LCNFs的XRD圖。B，LCNFs@NiMnS-1的XPS全掃描光譜。LCNFs@NiMnS-1中C，C1s，D，Mn2p，E，Ni2p，F，S2p區域的高分辨率XPS光譜[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖4.A，在0-0.6V之間，以20 mV s-1測得的Ni泡沫、LCNFs、LCNFs@Ni-Mn、LCNFs@NiMnO-2、LCNFs@NiMnS-2和LCNFs@NiMnS-1的CV曲線；（B）在1 A g-1下測得的LCNFs、LCNFs@Ni-Mn、LCNFs@NiMnS-1、LCNFs@NiMnO-2和LCNFs@NiMnS-2的GCD曲線；C，不同掃描速率下LCNFs@NiMnS-1的CV曲線；D，不同電流密度下LCNFs@NiMnS-1的GCD曲線；E，在不同放電電流密度下LCNFs@NiMnS-1的比容量；F，混合電極的EIS圖；G，LCNFs@NiMnS-1在20 A g-1下的循環穩定性和庫倫效率。（G）中的插圖表示5000次循環之前和之后的CV，GCD和EIS圖[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖5.A，所制備的AC//LCNFs@NiMnS-1 HSC的示意圖。B，在兩電極系統中以50 mV s-1收集的LCNFs@NiMnS-1和交流電極的CV曲線；C，AC//LCNFs@NiMnS-1混合超級電容器在不同掃描速率下以及D，在50 mA s-1下的不同電勢窗口中的CV曲線；E，在不同電流密度下AC//LCNFs@NiMnS-1 HSC的GCD曲線；F，AC//LCNFs@NiMnS-1 HSC的EIS光譜；G，1.6V下的能量密度與功率密度Ragone圖；H，AC//LCNFs@NiMnS-1 HSC的循環穩定性。插圖H’表示最后20個循環的GCD曲線，H”顯示使用HSCs點亮LEDs的照片[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]