多孔碳纤维具有丰富的活性位点、高导电性以及稳定的物理和化学性质，因此是锌离子混合超级电容器（ZHS）的理想阴极。然而，设计一种适当的制备技术来调节碳纤维的微观结构仍然是一个巨大的挑战。本文通过 PVP/PAN 共混电纺和水热选择性去除 PVP 的策略，开发了一种聚乙烯吡咯烷酮/聚赖丙烯腈（PVP/PAN）衍生的多孔碳纤维。水热选择性去除 PVP 策略可有效避免 PVP 和 PAN 在传统的空气稳定过程中发生交联。在 PVP/PAN 衍生的多孔碳纤维中，充足的微孔为 Zn²⁺ 的储存提供了充足的空间，而适当的中孔则有助于离子的快速转移。这些分层多孔结构赋予了 ZHS 高比容和高速率的性能。由最佳 PVP/PAN 衍生多孔碳纤维（PVP-PANC-0.8）组装而成的 ZHS 具有出色的比容量（208 mAh g^-1）、0.5 至 5 A g^-1 的高倍率能力（49.5%）以及在 0.5 A g^-1 下循环 10,000 次后 72.25% 的容量保持率。
 
Fig 1. PVP-PANC-x的制备示意图。
 
Fig 2. a PVP-PANC-0.2的扫描电镜图像；b PVP-PANC-0.5的扫描电镜图像；c PVP-PANC-0.8的扫描电镜图像；d PVP-PANC-1的扫描电镜图像。
 
Fig 3. PVP-PANC-x的N₂吸附-脱附等温线；b PVP-PANC-x的孔径分布。
 
Fig 4. a 扫描速率为10 mV s^-1时的CV曲线；b 电流密度为0.5 A g^-1时的GCD 曲线；c EIS曲线；d PVP-PANC-x//Zn ZHS在电流密度为0.5-5 A g^-1时的比容量；e PVP-PANC-0.8//Zn ZHS的循环稳定性。
 
Fig 5. a不同扫描速率下的CV曲线；b 扫描速率为1 mV s^-1时的扩散控制和电容电荷贡献；c PVP-PANC-0.8//Zn ZHS 在扫描速率为1至50 mV s^-1的归一化电容电荷贡献。
 
Fig 6. a GITT曲线；b GITT 曲线局部放大图；c PVP-PANC-0.8//Zn ZHS 的锌离子扩散系数；d PVP-PANC-0.2//Zn ZHS 的锌离子扩散系数；e PVP-PANC-0.5//Zn ZHS 的锌离子扩散系数；f PVP-PANC-1//Zn ZHS 的锌离子扩散系数。
 
      相关研究工作由济南大学Bing-Qiang Cao课题组于2024年在线发表在《Rare Metals》期刊上，PVP/PAN-derived porous carbon fiber for zinc-ion hybrid supercapacitors，原文链接：https://doi.org/10.1007/s12598-024-02682-0

转自《石墨烯研究》公众号