RuO2纳米棒包覆碳纳米纤维用于超级电容器

ACS Appl. Nano Mater.：RuO2纳米棒包覆碳纳米纤维用于超级电容器

DOI: 10.1021/acsanm.0c00579

为了研究RuO2纳米棒在超级电容器中的电容行为，采用沉淀和重结晶法在电纺碳纳米纤维上简单地生长了RuO2纳米棒。在180℃、220℃和300℃的不同温度下仔细地进行热处理再结晶。在最佳生长条件下，以含较低Ru负载浓度的经220℃退火的RuO2-碳纳米纤维作为KOH水性电解质中的电极材料，用于超级电容器，在电流密度为1 mAcm-2时获得了188 Fg-1的良好电容性能，在功率密度为400-4000 Wkg-1时显示出22-15 Whkg-1的高能量密度。在放电电流密度为1 mAcm-2时，RuO2-纳米碳纤维在3000次循环后的电容保持在初始值的93%左右。RuO2-碳纳米纤维优异的电化学性能主要归因于其具有较大的比表面积和多个介孔以及具有适当结晶度的电活性功能位点。因此，碳纳米纤维上的较大中孔体积和低维RuO2纳米棒有利于降低内部电阻，从而导致非晶材料中的离子电荷扩散和电荷储存。

图1.（a）CNF、（b）RuO2-CNF（180）、（c）RuO2-CNF（220）和（d）RuO2-CNF（300）形态的FE-SEM图像。

图2. RuO2-CNF（220）在不同放大倍数下的TEM图像：（a）100 nm和（b）10 nm。 （c）SEAD模式。（d）C、O和Ru的EDS元素分布图。

图3.（a）RuO2-CNF（220）复合材料的宽扫描XPS光谱。（b）Ru 3p、（c）O 1s和（d）C 1s以及Ru 3d核心能级的高分辨率扫描。

图4.（a）不同CNF复合材料的XRD图，（b）CNF的拉曼光谱，（c）RuO2-CNF复合材料的拉曼光谱，以及（d）晶体宽度La和ID/IG。

图5.（a）RuO2-CNF（180）、RuO2-CNF（220）和RuO2-CNF（300）在77 K下的氮吸附-解吸等温线以及（b）比表面积和微孔/中孔体积分数。

图6.（a）RuO2-CNF（180）、（b）RuO2-CNF（220）、（c）RuO2-CNF（300）在不同扫描速率下的循环伏安图；（d）四种复合材料在6.0 M KOH中的CV，扫描速率为50 mVs-1。

图7.两个电极在6.0 M KOH（aq）电解质中的电化学测试结果：（a）摄动幅度为10 mV时的复平面阻抗图，（b）通过AC阻抗法获得的波特相图，（c）比电容与电流密度的关系，以及（d）Ragone图。（e）在5 mAcm-2的电流密度下的恒电流充电/放电测试结果，以及（f）柔性RuO2-CNF（220）超级电容器在100 mV/s的扫描速率下的CV曲线（插图：弯曲操作期间的柔性RuO2-CNF（220）电极和设备）。

图8.（a）在1 mAcm-2的恒定电流密度下，RuO2-CNF（180）和RuO2-CNF（220）的比电容在3000个循环中的变化，以及（b）两个设备在6 M KOH水性电解质中运行3000个循环后，以50 mVs-1测得的CV。

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文章来源：易丝帮