DOI:10.1021/acsami.9b22081
目前，多孔碳的陰離子存儲容量不足，嚴重困擾著鋰離子電容器的發展。本文報告了利用導電聚苯胺（PANi）作為陰離子插層陰極，通過快速摻雜/脫附反應來提高PF6-存儲性能的研究。聚苯胺是在電紡納米碳纖維（CNF）織物（PANi@CNF）上電沉積而成，它不僅為聚苯胺提高其假容量提供了強有力的支持，而且為柔性器件提供了一個獨立的體系結構。具有顯著電容存儲特性的PANi@CNF復合材料顯示，在1 A g-1時具有158.5 mAh gPANi-1的高比容量，甚至在20 A g-1時也具有118.5 mAh gPANi-1的高比容量，這明顯優于最先進的多孔碳。第一性原理計算顯示了PF6-陰離子借助F原子與PANi+的-NH基團通過離子-偶極靜電相互作用配位，并伴隨著電子轉移。以CNF為陽極，組裝了一個薄且柔性的鋰離子電容器，在769.0 W kg-1和15087.1 W kg-1的超高功率下，其最大能量分別為106.5 Wh kg-1和64.5 Wh kg-1，并且在10 A g-1下的9000次循環后，其循環穩定性達到了70.3%。這些發現為利用陰離子儲能贗電容材料制備高能柔性鋰離子電容器提供了一種簡便的方法。
圖1.PANi@CNF詳細制備過程的示意圖。
圖2.PANi@CNF陰極的微觀結構。（a）CNF的SEM和（b）TEM。（c）PANi@SSWM的SEM。（d）PANI@CNF-10的SEM和（e）TEM。（f）C（橙色），N（紅色）和O（綠色）的元素映射。
圖3.（a）不同電沉積時間的CNF、PANi@CNF和PANi@SSWM的XRD圖譜。（b）不同電沉積時間的CNF、PANi@CNF和PANi@SSWM的FTIR光譜。PANi@CNF-10的高分辨（c）C 1s和（d）N 1s XPS譜。
圖4.（a）不同掃描速率下PANi@CNF-10的CV曲線。（b）擬合的log（i）-log（v）曲線。（c）PANi@CNF-10在5 mV s-1下的CV曲線及相應的電容貢獻。（d）不同掃描速率下電容性和擴散控制過程的貢獻率。
圖5.PANi@CNF陰極的電化學特性。（a）PANi@CNF-10的GCD曲線。（b）具有不同電沉積時間的CNF基底、PANi@SSWM和PANi@CNF復合材料的比容量。（c）比較基于PANi@CNF-10和PANi@SSWM中電極總重量的電極容量。（d）在10 A g-1下具有不同電沉積時間的CNF基底、PANi@SSWM和PANi@CNF復合材料的容量保持率。右邊一列是PANi@CNF-10的庫侖效率。
圖6.（a）中性PANi低聚物和（b）氧化的PANi+低聚物的結構，HOMO和LUMO。（c）與一種PF6-陰離子（即PANi+ + PF6-）配位的PANi+低聚物的最佳幾何形狀。（d）在-0.005 e ?-3（棕色區域，電荷積累）和0.005 e ?-3（綠色區域，電荷耗盡）的等值面處，PANi+ + PF6-復合物周圍的電荷密度差異。（e）用于PANi+低聚物，PF6-陰離子和PANi+ + PF6-配合物的DOS。PANi低聚物的最佳幾何形狀與代表不同氧化程度的不同量的PF6-配合使用：（f）50%，（g）75%和（h）100%。此處的原子顏色代碼：C：灰色，N：藍色，H：粉色，F：天青色，P：紫色。
圖7.（a）LICs的工作原理。（b）PANi@CNF-10//CNF LIC的CV曲線。（c）PANi@CNF-10//CNF LIC的倍率性能。注意，比容量基于沉積的PANi的質量。（d）PANi@CNF-10//CNF LIC的Ragone圖以及與文獻報告中提及的進行比較。（e）PANi@CNF-10//CNF LIC在10 A g-1下的容量保持率。右列顯示了相應的庫侖效率。
圖8.（a）柔性固態PANi@CNF-10//PAN//CNF LIC器件的示意圖。（b）電紡PAN纖維膜的SEM圖像。插圖是PAN纖維膜的照片。（c）在不同掃描速率下的柔性固態PANi@CNF-10//PAN//CNF LIC的CV圖。（d）柔性固態LIC的比容量和GCD曲線（插圖）。所制備的柔性固態SC器件在（e）正常和（f）彎曲狀態下的光學照片。（g）由組裝好的LIC設備供電的數字時鐘的照片。
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