PAN/PAI基掺杂纳米碳纤维ZICs正极结构与性能调控研究OA

锌离子混合超级电容器(ZICs)兼具水系锌离子电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度。活性炭是ZICs正极的优良材料,但其受比容量低、倍率性能不足和活性位点利用率偏低等问题制约。为解决这一问题,构筑兼具高容量与优秀倍率性能的自支撑正极材料,采用静电纺丝制备聚丙烯腈/聚酰胺酰亚胺(PAN/PAI)复合纤维膜,混合金属有机框架(ZIF-8)并经碳化得到多孔碳纤维膜用于ZICs正极;随后在此基础上进一步加入硼酸进行硼掺杂,提升电极性能。结构表征表明,ZIF-8增加显著提升比表面积,同时表面氮含量提升。硼酸引入后碳纤维缺陷减少,比表面积降低,但介孔含量增大。电化学测试表明,随ZIF-8含量增加,0.2 A·g^(-1)下比电容由73.9 F·g^(-1)提升至355.7 F·g^(-1);硼掺杂进一步优化电极综合性能,其中PPBF-0.5在0.2 A·g^(-1)与1 A·g^(-1)下分别达到345.9 F·g^(-1)与283 F·g^(-1),并在1 A·g^(-1)下保持83.2%的倍率保持率。制备的多孔碳纤维电极材料在储能器件等应用具有巨大潜力。