具有分层纳米结构的碳材料是超级电容器设备中电极应用的好材料。在此，通过整合石墨烯（Gr）、碳纳米纤维（CNFs）和碳纳米管（CNTs）来设计分层的三元碳气凝胶结构。合成的CNTs@Gr-CNF材料用不用的分析技术表征，并作为电极在超级电容器中应用。在三电极系统中，CNTs@Gr-CNF电极材料表现出增强的电化学性能，其中，在6 M KOH中，0.25 A/g时获得了521.5 F/g的高比电容，并且以5 A/g进行10,000次连续的充放电循环后保持了98％的出色电容。另外，制造了基于CNTs@Gr-CNF作为负极和生长在镍泡沫上的NiCo₂S₄纳米针作为正极的混合超级电容器。该混合动力设备在1 A/g处显示出218 F/g的比电容，在789.66 W/kg的功率密度下显示出62.13 Wh/Kg的能量密度。此外，该器件具有出色的循环稳定性，在10,000次充放电循环后，其比电容的保留率为91.7％。所得结果表明，CNTs@Gr-CNF材料具有用于高级混合超级电容器负极的高度理想性能。
 
Figure 1. 分层CNTs@Gr-CNF气凝胶的制造示意图。
 

Figure 2. （a）CNF气凝胶、（b）Gr-CNF气凝胶和（c）碳纳米管@Gr-CNF的示意图；FE-SEM图像：（d）CNF气凝胶、（e）Gr-CNF气凝胶、（f）碳纳米管@GrCNF；（g,h和i）CNTs@Gr-CNF，其CNTs生长时间分别为1、5和10分钟（插图为高放大倍数图像）。


Figure 3. （a-b）CNTs@gr-CNF-1的TEM和HR-TEM图像；（c-d）CNTs@Gr-CNF-5的TEM和SAED模式图像；（e-g）CNTs@GrCNF-5的元素映射。
 

Figure 4. （a）CV曲线；（b）Gr-CNF、CNTs@Gr-CNF-1、CNTs@Gr-CNF-5、CNTs@Gr-CNF-10下测得的GCD曲线；（c）不同扫描速率下CNTs@Gr-CNF-5的CV曲线；（d）EIS曲线；（e）比电容Vs.电流密度；（f）NiCNTs@Gr-CNF-5的循环稳定性。
 

Figure 5. （a）负电极和正电极的CV曲线；（b）在不同扫描速率下的CV曲线；（c）在不同电流密度下的GCD曲线；（d）比电容Vs.电流密度曲线；（e）循环稳定性测试曲线；（f）混合设备的Ragone图。
 
     相关研究成果于2020年由朝鲜国立大学的Joong Hee Lee课题组，发表在Chemical Engineering Journal（2020, 380, 122543）上。原文：Ternary graphene-carbon nanofibers-carbon nanotubes structure for hybrid supercapacitor。

摘自《石墨烯杂志》公众号：