石墨烯基纖維超級電容器(FSSCs)作為最具前景的儲能器件之一，正受到廣泛關注。然而，純石墨烯纖維的比電容與本征脆性之間的矛盾阻礙了其實際應用。在此，我們開發了一種制備具有高韌性和高電學和電化學性能的石墨烯基三元復合CNT/MXene/石墨烯(CMG)纖維電極的策略。這些性能歸因于石墨烯片內的三維交聯導電網絡，通過酸化碳納米管、石墨烯片和MXene之間的共價鍵和π - π相互作用，這大大提高了CMG纖維的抗拉強度、韌性和電傳輸。優化后的CMG纖維具有高韌性(約1.7 MJ m
−3)和高電導率(約420 S cm
−1)，分別是還原氧化石墨烯纖維的4倍和2倍。基于優化的CMG光纖組裝的FSSC具有237 mF cm
−2的面積電容和85%的良好率性能。
圖1 (a) CMG纖維的制作工藝示意圖。(b)收集的CMG纖維的數字照片。(c)用CMG纖維刺繡的字母“D”的數碼照片。(d) CMG纖維結的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
圖2. (a) CMG纖維內部結構示意圖。(b) rGOF, C1(MG)40f, C1(MG)20f, C1(MG)10f的FTIR光譜。rGOF (c−e)和C1(MG)20f (f−h)纖維的形貌和截面的掃描電鏡圖像。
圖3 (a)不同石墨烯基纖維的典型應力應變曲線。rGOF和CMG纖維的韌性和拉伸模量(b)以及電導率和拉伸強度(c)。(d)提出C1(MG)
20f拉伸斷裂過程中的組織演化模型。rGOF (e)和C1(MG)
20f (f)斷口形貌的掃描電鏡
圖4. rGOF、C1(MG)
40f、C1(MG)
20f和C1(MG)
10f的電化學性能。
圖5。(a) CMG FSSCs和其他已報道的碳基固態FSSCs的Ragone圖。(b) C1(MG)
20f與先前報道的GFs的綜合性能比較，包括CA、速率性能、電導率、強度和韌性。四個基于C1(MG)
20f的串聯FSSCs分別連接到一個小型溫度計之前(c)和之后(d)的照片。
相關科研成果由東華大學紡織學院Chunhong Lu 等人于2022年發表在ACS Applied Energy Materials (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c01526)上。原文：Three-Dimensionally Conducting Network in Graphene-Based Composite Fibers toward Enhanced Electrochemical and Toughness Performance in Fibrous Supercapacitors。
轉自《石墨烯研究》公眾號
