适用于超级电容器的高电导率和高电容电纺纤维

ACS Appl. Mater. Interfaces：适用于超级电容器的高电导率和高电容电纺纤维

DOI: 10.1021/acsami.9b21696

静电纺丝是一种由多种材料生产纳米级或微米级纤维的简单方法。本征导电聚合物（ICP），例如聚苯胺（PANI），通过使用二次掺杂物（如间甲酚）显示出更高的导电性。但是，由于大多数二次掺杂剂的挥发性低，因此无法静电纺丝二次掺杂ICP纤维。在这项工作中，二次掺杂的概念首次应用于电纺纤维。采用新颖的转筒静电纺丝设计，可以从低挥发性溶剂和高挥发性溶剂的混合物中高效而可靠地生产纤维。制备的电纺PANI-PEO纤维的电导率为1.73 S/cm，比文献报道的平均值高两个数量级。这些导电纤维已作为超级电容器的电极进行了测试，并显示在0.1 A/g的条件下具有高达3121 F/g的比电容，这是迄今为止报道的PANI-PEO电纺纤维的最高值。

图1.含CSA掺杂剂的电纺自立式导电混合PANI-PEO纤维毡。（a）收集在心轴上的PANI-PEO纤维垫。（b）从间甲酚中纺出的定向PANI-PEO纤维毡。（c）初纺纤维毡的SEM成像（由4:1 v/v 氯仿:间甲酚纺制）。（d）细纺纤维的详细视图（高放大倍率）。（e）显示纤维直径分布频率的图。

图2.混合PANI-PEO纤维的表征和PANI能带图。a-d）混合纤维样品的表征–（a）9:1和4:1 PANI-PEO纤维的TGA及其各个组分均显示出分解峰。（b）纯PANI粉末的XRD显示出无定形峰，4:1和9:1的混纺纤维，证实了所制备纤维的结晶性质。（c）四种不同纤维组的光吸收光谱，表明不同纤维组的电子性能发生了变化。（d）纺制的纤维毡的图像。（e）使用不同溶剂纺制的PANI-PEO的能带图。还显示了在光吸收测定中观察到的这些材料中的各种电子跃迁。

图3.超级电容器应用的电极测试。（a）4:1混合纤维在不同扫描速率下的循环伏安曲线。（b）4:1混合纤维在不同电流密度下的循环充放电曲线。（c）比电容随不同循环扫描速率的变化。（d）以1 A/g的速率进行的长期恒电流测试的结果表明，在80个循环中比电容降低。（e和f）原位紫外-可见实验显示，在1 M H2SO4中，正（e）和负（f）极化过程中PANI-PEO纤维的吸光度变化。

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文章来源：易丝帮