隨著可穿戴和柔性電子產(chǎn)品的普及，非常需要開發(fā)可穿戴電極和儲能系統(tǒng)。在此，通過高效的一步水熱法合成了高性能還原氧化石墨烯（RGO）纖維電極。首先，制備具有有序溶致向列液晶結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯（GO）分散體，在沒有任何支撐表面活性劑或聚合物的幫助下組裝纖維。通過毛細管中的水熱反應(yīng)，將 GO 分散到 RGO 纖維中的成形和還原過程有效地凝聚在一起。所生產(chǎn)的 RGO 纖維電極不含任何額外的活性材料，具有優(yōu)異的儲能性能。比電容在 1 A g
-1 時達到 246.01 F g
-1。此外，儲能性能是循環(huán)穩(wěn)定的，在 10 A g
-1 下 100 000 次循環(huán)后電容保持率為 90.80%。此外，它還具有出色的柔韌性，彎曲 10 000 次后仍保持 98.94% 的電容。除超級電容器外，所生產(chǎn)的全石墨烯纖維性能優(yōu)異，可很好地應(yīng)用于開發(fā)各種柔性纖維能源系統(tǒng)和可穿戴電子產(chǎn)品。
Figure 1. 全石墨烯纖維的制備和結(jié)構(gòu)。 (A) 制備的示意圖。 (B) 和 (C) 不同放大倍率的 SEM 圖像。
Figure 2. (A) 和 (B) RGO 纖維在不同放大倍率下的橫向 SEM 圖像。 (C) 和 (D) 分別為 GO 和 RGO 的 EDS 和拉曼光譜。
Figure 3. 在三電極系統(tǒng)中測試 RGO 纖維的電化學(xué)性能對 GO 分散體濃度的依賴性。 (A) 10 mV s
-1 時的 CV 曲線。 (B) 1 A g
-1 時的 GCD 曲線。 (C) RGO 纖維在 1 A g
-1 時的 Cs。 (D) Cs 對 GO 分散濃度和電流密度的依賴性。
Figure 4. 基于不同還原時間的 RGO 纖維電極的電化學(xué)性能，在三電極系統(tǒng)中進行測試。 (A) 10 mV s
-1 時的 CV 曲線。 (B) 1 A g
-1 時的 GCD 曲線。 (C) 1 A g
-1 時的 Cs。 (D) Cs對不同還原時間和電流密度的依賴性。 (E) RGO 纖維電極在 10 A g
-1 下的循環(huán)穩(wěn)定性。
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Figure 5. RGO纖維在對稱超級電容器中的電化學(xué)性能。 (A) CV 曲線。 (B) GCD 曲線。 (C) Cs 對電流密度的依賴性。 (D) EIS。 (E) 拉貢圖。 (F) 組裝纖維超級電容器在 10 A g
-1 下的循環(huán)穩(wěn)定性。
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Figure 6.(A) 超級電容器在不同彎曲狀態(tài)下的 GCD 曲線，插圖為不同彎曲角度的示意圖。(B) 超級電容器在不同彎曲角度下的電容保持率。(C) 超級電容器在彎曲角度為 180° 的循環(huán)彎曲過程中的性能穩(wěn)定性。(D) 單個超級電容器和串聯(lián)或并聯(lián)的超級電容器的 GCD 曲線。(E) RGO光纖在單個超級電容器和串聯(lián)或并聯(lián)超級電容器中的Cs，紅色和藍色直方圖上的插圖是連接的超級電容器的相應(yīng)圖片。(F) 超級電容器為 LED 供電的圖片。
相關(guān)研究工作由湖南大學(xué)Xuli Chen課題組和江蘇師范大學(xué)Mingkai Liu課題組于2022年共同發(fā)表在在《Int. J. Energy Res》期刊上，原文： One-step hydrothermal method produced all graphene fiber electrode for high-performance supercapacitor。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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