Mater. Chem. Phys.：硫酸鹽木質素衍生自立式碳納米纖維墊在高性能全固態超級電容器中的應用

DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.124454

在本研究中，采用簡易靜電紡絲技術合成了可再生的硫酸鹽木質素基納米纖維，并在不同溫度（600、800和1000℃）下進行熱處理，將其進一步轉化為碳納米纖維（CNFs）。使用SEM、拉曼光譜、FTIR、BET和電化學工作站對不同熱處理的碳納米纖維墊進行了表征。將這些CNFs用作獨立式電極，并使用三電極系統對其電化學性能進行了表征。在不同的電極中，800℃熱處理的CNF電極比600℃和1000℃熱處理的CNF電極具有更高的比電容（196.63F/g@1A/g）。基于電化學性能，選擇800℃熱處理的CNF電極來組裝兩種不同類型的對稱超級電容器裝置，即水性（使用1M H2SO4）和固態電解質（使用PVA-1M H2SO4聚合物凝膠）。固態電解質設備的工作電位窗口為0至2V，高于水性電解質基設備的工作電位窗口。除此之外，它還提供了更高的能量和功率密度，分別為62.6Wh/kg和1.25kW/kg，10,000次循環后效率為99.5％。本研究所制備的硫酸鹽木質素衍生帶狀CNF基固態對稱超級電容器裝置為獨立式碳納米纖維墊基儲能裝置的開發開辟了新的途徑。

圖1：木質素-PVA基碳納米纖維的合成示意圖。

圖2：（a）木質素納米纖維，（b）C-600，（c）C-800和（d）C-1000的SEM圖像。

圖3：（a）C-600，（b）C-800和（c）C-1000樣品的拉曼分析，以及（d）C-600，C-800和C-1000樣品的FTIR光譜比較。

圖4：（a）C-600、C-800和C-1000的全掃描，（b）C1s核心光譜，（c）O1s核心光譜的放大掃描。C-800的（d）C1s和（e）O1s光譜的反卷積。

圖5：（a）C-600、C-800和C-1000樣品的N2吸附-解吸等溫線，（b）BJH孔徑分布比較。

圖6：（a）10mV/s下的循環伏安圖比較，（b）不同掃描速率下C-800的CV，（c）C-600、C-800和C-1000在1A/g下的GCD比較，（d）不同電流密度下C-800的GCD。

圖7：（a）C-600、C-800和C-1000樣品的奈奎斯特圖比較，（b）IR壓降與電流密度的關系。

圖8：（a）水性和固態超級電容器器件在10mV/s下的CV比較，（b）在1A/g下的GCD比較。

圖9：（a）水性和固態器件的奈奎斯特圖比較，（a1）所選區域的放大圖。

圖10：（a）Ragone圖中能量密度和功率密度的比較，以及（b）C800-AQ和C800-SS設備的可循環性。