Nb2O5纳米棒微孔多通道碳纳米纤维膜阳极用于高性能Na+离子电容器

ACS Appl. Mater. Interfaces：电纺Nb2O5纳米棒/微孔多通道碳纳米纤维膜阳极用于高性能Na+离子电容器

DOI:10.1016/j.jcis.2020.03.122

由于Nb2O5电极材料作为钠离子电容器（SICs）的反应动力学较慢且导电性较差，采用静电纺丝PAN/PMMA/H2Nb2O6·H2O均相粘性悬浮液并对其进行退火处理制备了具有良好柔性和较高电化学性能的Nb2O5 NRs/NMMCNF薄膜电极，其中通过研磨H2Nb2O6·H2O纳米线获得前驱体H2Nb2O6·H2O纳米棒，并将Nb2O5纳米棒均匀地嵌入氮掺杂的微孔多通道碳纳米纤维中。得益于多通道网络结构，Nb2O5 NRs/NMMCNF薄膜电极可提供快速的Na+存储动力学和出色的Na离子存储性能，并提供了出色的速率能力（在4 A g-1下为101 mAh g-1）和超长的寿命（在2 A g-1的条件下进行10,000次循环后，容量保持率为91%）。组装了基于Nb2O5 NRs@NMMCNF纤维薄膜阳极和AC阴极的Nb2O5 NRs/NMMCNF//AC SIC。组装后设备的能量密度高达91 Wh kg-1，其最大功率密度为7499 W kg-1。这项工作为插层式金属氧化物电极在SICs中的应用提供了一种新的结构设计策略。

图1.Nb2O5 NRs/NMMCNF纤维薄膜电极的制备示意图。

图2.Nb2O5 NRs和Nb2O5 NRs/NMMCNF的XRD图（a）、拉曼光谱（b）以及Nb2O5 NRs/NMMCNF的高分辨率Nb 3d（c）和N 1s（d）XPS光谱。

图3.FE-SEM图像（a）、横截面FE-SEM图像和柔性（插图）（b）、TEM（c）、HRTEM（d）和明场STEM图像（e）的数码照片，以及Nb2O5 NRs/NMMCNF纤维膜的C、N、Nb和O的相应EDS元素映射（f）。

图4.在0.02 A g-1下，第二个循环的恒电流充放电曲线（a），不同电流密度下的倍率能力（b），0.05 A g-1下的循环性能（c），Nb2O5 NRs和Nb2O5 NRs/NMMCNF薄膜电极的奈奎斯特曲线（d），以及在2 A g-1下的长循环性能和Nb2O5 NRs/NMMCNF薄膜电极的相应库仑效率（e）。

图5.在0.1到10 mV s-1的不同扫描速率下的CV曲线（（a），（d）），峰值电流与不同扫描速率（（b），（e））的线性相关，以及Nb2O5 NRs（上方）和Nb2O5 NRs/NMMCNF（中间）电极在10 mV s-1（（c），（f））扫描速率下对电流密度的电容和扩散贡献，不同扫描速率下Nb2O5 NRs（g）和Nb2O5 NRs/NMMCNF（h）的电容（绿色）和扩散控制（黑色）容量的贡献率。

图6.在2到100 mV s-1的不同扫描速率下，Nb2O5 NRs/NMMCNF//AC SIC的CV曲线（a），在1.0和4.0 V的不同电流密度下的恒电流充放电曲线（b），Ragone图和与其他混合超级电容器的比较（c），Nb2O5 NRs/NMMCNF//AC SIC在1 A g-1下的10,000个循环期间的长循环性能和相应的库仑效率（d）。

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文章来源：易丝帮