东华大学纺织学院chunhong lu 等–石墨烯基复合纤维的三维导电网络对增强纤维超级电容器的电化学和韧性性能

石墨烯基纤维超级电容器(FSSCs)作为最具前景的储能器件之一，正受到广泛关注。然而，纯石墨烯纤维的比电容与本征脆性之间的矛盾阻碍了其实际应用。在此，我们开发了一种制备具有高韧性和高电学和电化学性能的石墨烯基三元复合CNT/MXene/石墨烯(CMG)纤维电极的策略。这些性能归因于石墨烯片内的三维交联导电网络，通过酸化碳纳米管、石墨烯片和MXene之间的共价键和π – π相互作用，这大大提高了CMG纤维的抗拉强度、韧性和电传输。优化后的CMG纤维具有高韧性(约1.7 MJ m⁻³)和高电导率(约420 S cm⁻¹)，分别是还原氧化石墨烯纤维的4倍和2倍。基于优化的CMG光纤组装的FSSC具有237 mF cm⁻²的面积电容和85%的良好率性能。

图1  (a) CMG纤维的制作工艺示意图。(b)收集的CMG纤维的数字照片。(c)用CMG纤维刺绣的字母“D”的数码照片。(d) CMG纤维结的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图2. (a) CMG纤维内部结构示意图。(b) rGOF, C1(MG)40f, C1(MG)20f, C1(MG)10f的FTIR光谱。rGOF (c−e)和C1(MG)20f (f−h)纤维的形貌和截面的扫描电镜图像。

图3 (a)不同石墨烯基纤维的典型应力应变曲线。rGOF和CMG纤维的韧性和拉伸模量(b)以及电导率和拉伸强度(c)。(d)提出C1(MG)₂₀f拉伸断裂过程中的组织演化模型。rGOF (e)和C1(MG)₂₀f (f)断口形貌的扫描电镜。

图4. rGOF、C1(MG)₄₀f、C1(MG)₂₀f和C1(MG)₁₀f的电化学性能。

图5。(a) CMG FSSCs和其他已报道的碳基固态FSSCs的Ragone图。(b) C1(MG)₂₀f与先前报道的GFs的综合性能比较，包括CA、速率性能、电导率、强度和韧性。四个基于C1(MG)₂₀f的串联FSSCs分别连接到一个小型温度计之前(c)和之后(d)的照片。

相关科研成果由东华大学纺织学院Chunhong Lu 等人于2022年发表在ACS Applied Energy Materials (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c01526)上。原文：Three-Dimensionally Conducting Network in Graphene-BasedComposite Fibers toward Enhanced Electrochemical and Toughness Performance in Fibrous Supercapacitors。