多孔碳纖維具有豐富的活性位點(diǎn)、高導(dǎo)電性以及穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此是鋅離子混合超級電容器（ZHS）的理想陰極。然而，設(shè)計(jì)一種適當(dāng)?shù)闹苽浼夹g(shù)來調(diào)節(jié)碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。本文通過 PVP/PAN 共混電紡和水熱選擇性去除 PVP 的策略，開發(fā)了一種聚乙烯吡咯烷酮/聚賴丙烯腈（PVP/PAN）衍生的多孔碳纖維。水熱選擇性去除 PVP 策略可有效避免 PVP 和 PAN 在傳統(tǒng)的空氣穩(wěn)定過程中發(fā)生交聯(lián)。在 PVP/PAN 衍生的多孔碳纖維中，充足的微孔為 Zn
2+ 的儲存提供了充足的空間，而適當(dāng)?shù)闹锌讋t有助于離子的快速轉(zhuǎn)移。這些分層多孔結(jié)構(gòu)賦予了 ZHS 高比容和高速率的性能。由最佳 PVP/PAN 衍生多孔碳纖維（PVP-PANC-0.8）組裝而成的 ZHS 具有出色的比容量（208 mAh g
-1）、0.5 至 5 A g
-1 的高倍率能力（49.5%）以及在 0.5 A g
-1 下循環(huán) 10,000 次后 72.25% 的容量保持率。
Fig 1. PVP-PANC-x的制備示意圖。
Fig 2. a PVP-PANC-0.2的掃描電鏡圖像；b PVP-PANC-0.5的掃描電鏡圖像；c PVP-PANC-0.8的掃描電鏡圖像；d PVP-PANC-1的掃描電鏡圖像。
Fig 3. PVP-PANC-x的N
2吸附-脫附等溫線；b PVP-PANC-x的孔徑分布。
Fig 4. a 掃描速率為10 mV s
-1時的CV曲線；b 電流密度為0.5 A g
-1時的GCD 曲線；c EIS曲線；d PVP-PANC-x//Zn ZHS在電流密度為0.5-5 A g
-1時的比容量；e PVP-PANC-0.8//Zn ZHS的循環(huán)穩(wěn)定性。
Fig 5. a不同掃描速率下的CV曲線；b 掃描速率為1 mV s
-1時的擴(kuò)散控制和電容電荷貢獻(xiàn)；c PVP-PANC-0.8//Zn ZHS 在掃描速率為1至50 mV s
-1的歸一化電容電荷貢獻(xiàn)。
Fig 6. a GITT曲線；b GITT 曲線局部放大圖；c PVP-PANC-0.8//Zn ZHS 的鋅離子擴(kuò)散系數(shù)；d PVP-PANC-0.2//Zn ZHS 的鋅離子擴(kuò)散系數(shù)；e PVP-PANC-0.5//Zn ZHS 的鋅離子擴(kuò)散系數(shù)；f PVP-PANC-1//Zn ZHS 的鋅離子擴(kuò)散系數(shù)。
相關(guān)研究工作由濟(jì)南大學(xué)Bing-Qiang Cao課題組于2024年在線發(fā)表在《Rare Metals》期刊上，PVP/PAN-derived porous carbon fiber for zinc-ion hybrid supercapacitors，原文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s12598-024-02682-0
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
