ACS Appl. Energy Mater.：一系列PEA衍生CNFs的制備及其在超級電容器中的應用

DOI: 10.1021/acsaem.0c02709

針對儲能裝置的獨立式自摻雜電極材料，本工作研究了芳香族聚醚酰胺（PEA）衍生碳納米纖維（CNF）的微觀結構和電化學性能，其由靜電紡絲三種不同組分的PEA和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合溶液，并在1000℃下對初紡納米纖維進行碳化處理制備而成。掃描電子顯微鏡、能量色散光譜、拉曼光譜和元素分析表明，PEA衍生CNFs具有獨特的混合網絡結構、氮自摻雜和有序石墨特征。因此，CNFs的表觀電導率為3.72-7.79S/cm。循環伏安測試和恒電流充放電測量證實，PEA衍生CNFs具有出色的電化學性能，在1.0A/g下的比電容約為249.0F/g，功率密度為10,000-1,000W/kg，能量密度為30.1-69.1Wh/kg，經過3000次循環試驗后，其電容保持率約為79％，庫侖效率約為92％。上述結果表明，PEA衍生CNFs可用作高性能儲能設備的高度穩定性自支撐無摻雜電極材料。

圖1.通過靜電紡絲和碳化處理制備一系列PEA衍生CNFs的示意圖。

圖2.PEA/PVP基納米纖維和PEA基CNFs的SEM圖像：（A）PEANF-60；（B）PEANF-70；（C）PEANF-80；（D）CNF-60；（E）CNF-70；（F）CNF-80。

圖3.CNF-70的（A）SEM圖像，（B）EDS映射圖像，（C）碳映射圖像，（D）氧映射圖像，（E）氮映射圖像和（F）EDS光譜。

圖4.PEA衍生CNFs的拉曼光譜。

圖5.PEA衍生CNFs的（A）電流-電壓曲線，以及（B）電導率/電阻率。

圖6.（A-C）PEA衍生CNFs在不同掃描速率下的循環伏安曲線和（D-F）在不同電流密度下的恒電流充放電曲線。

圖7.對于衍生自PEA和其他聚合物前體的CNFs而言，（A）其比電容與電流密度的關系；（B）比電容保持率和庫侖效率與循環伏安測試次數的關系；（C）奈奎斯特圖和經過改進的Randles電路圖；以及（D）Ragone圖。