纤维型超级电容器(F-SCs)因其高充电能力、优异的可编织性和长寿命在未来的便携式电子和可穿戴行业中受到了极大的关注。但纤维电极的堆叠微/纳米结构和较差的法拉第活性严重限制了离子动态传输和氧化还原电荷存储，为低能量密度和实际应用带来障碍。在此，我们报道了一种新型的F-SCs电极由层次有序的二硫化钼/多孔石墨烯核壳微纤维(MoS2/PGF)制成。MoS2/PGF具有高导电性的多孔核、大的电活性壳、C-Mo化学键桥和界面工程结构，创造了光滑的通道和暴露的表面，促进离子动力学和法拉电荷转移。MoS2/PGF在H3PO4水溶液中具有1093 mF cm−2的高电容和稳定的循环性能。此外，MoS2/PGF组装的固态F-SCs具有85.4µWh cm−2的能量密度，温度依赖性的稳定性和良好的弯曲能力。鉴于这些突出的优势，F-SCs可以集成到柔性基板中，为可穿戴电子设备提供动力，这将对新能源技术和碳中和领域的发展做出显著贡献。
图文简介
微流体使能MoS2/PGF的说明和表征。(a) MoS2/PGF的微流体激活结构。(b-e)不同倍率下MoS2/PGF的表面SEM表征。(f-i)不同倍率下MoS2/PGF的截面扫描电镜表征。(j) PGF的表面SEM表征。(k) PGF的截面扫描电镜表征。(l) GF的表面SEM表征。(m) GF的截面扫描电镜表征。
MoS2/PGF的结构和元素表征。(a-d) MoS2/PGF的TEM图像。(e) MoS2/PGF的高分辨率C 1s XPS谱。(f) MoS2/PGF的高分辨率Mo 3d XPS谱。(g) MoS2/PGF的高分辨率S 2p XPS谱。(h) GF、PGF和MoS2/PGF的孔隙宽度分布。插入的图像是典型的氮气吸附/解吸等温线。(i) GF、PGF和MoS2/PGF的XRD测定。(j) GF、PGF和MoS2/PGF的拉曼光谱。
H3PO4水电解质中的电化学表征。(a) GF、PGF和MoS2/PGF在200 mV s−1时的CV曲线。(b) MoS2/PGF不同测井扫描速率下的测井阳极和阴极峰值电流示意图。(c) MoS2/PGF在200 mV s−1时的电容贡献。(d)不同扫描速率下MoS2/PGF的电容贡献和扩散贡献。(e) GF、PGF和MoS2/PGF的EIS试验。(f) GF、PGF和MoS2/PGF在0.1 mA cm−2下的恒流充放电曲线。(g) GF、PGF和MoS2/PGF在不同电流密度下的电容。(h) MoS2/PGF在1ma cm−2下的循环效率和容效率测量。(i)不同NH4HCO3质量比下PGF的SSA和力学性能优化。
MoS2/PGF F-SCs在固态电解质中的电化学测量和可穿戴应用。(a)不同扫描速率下MoS2/PGF F-SCs的CV曲线(10 mV s−1 ~ 2000 mV s−1)。(b) MoS2/PGF F-SCs在200 mV s−1不同工作电压下的CV曲线。(c) MoS2/PGF F-SCs在1 mA cm−2 ~ 10 mA cm−2不同电流密度下的GCD曲线。(d) MoS2/PGF F-SCs在1ma cm−2 ~ 10ma cm−2不同电流密度下的比电容。(e)与报道的F-SCs相比，MoS2/PGF F-SCs的Ragone图。(f) MoS2/PGF f – scs在4 mA cm−2不同工作温度下的比电容。(g)一体化装置的照片和示意图。(h-j)为可穿戴计算器、各种背光和微型投影仪供电的集成设备。
MoS2/PGF F-SCs作用机制探讨。(a) F-SCs的示意图。(b)离子在三种通道中的动力学分布。(c) MoS2/PGF的特定氧化还原反应、工程离子储存过程和CV曲线(200 mV s−1)。
论文信息
论文题目：Interface-Engineered Molybdenum Disulfide/Porous Graphene Microfiber for High Electrochemical Energy Storage
通讯作者：GuanWu，JianhongXu
通讯单位：清华大学，浙江理工
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