CNT@石墨烯核壳纳米结构的制备与电容性能

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超级电容器具有清洁、高效的特点,在能源器件研究方面备受关注,其中电极材料是决定其比电容的重要因素。碳纳米管(CNTs)和石墨烯具有较高的比表面积、优良的电化学稳定性以及良好的导电性,成为超级电容器电极材料的优选。本文将两者进行技术组合,形成一种新的材料,发挥更优异的性能。以聚乙烯醇(PVA)作为载体,将催化剂前驱物四氯金酸(HAuCl4)分散在CNT表面,通过直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法制备出一种新型的具有核-壳结构的CNT@石墨烯纳米复合材料。采用一种三明治式电极结构,构建出不同CNT@石墨烯质量负载的CNT@石墨烯/Ni柔性电极。在氢氧化钾(KOH)和羧甲基纤维素钠(CMC)组成的凝胶电解质中测试其电化学性能,CNT@石墨烯/Ni电极显示出高比电容,在1mV s-1的扫速下,质量负载为3mg cm-2的电极显示出620.3F g-1的高比电容和1121mF cm-2高面积比电容。此外,该柔性电极具有优异的倍率性能,在10A g-1的电流密度下质量比电容仍然达到123.4F g-1,面积比电容达到617.4mF cm-2。以3mg cm-2的CNT@石墨烯/Ni电极和凝胶电解质构建对称型柔性超级电容器,该电容器显示出1.8V的高工作电压,在2mVs-1的扫速下比电容达到268.7mF cm-2。在功率密度为221.4 W kg-1(1328.3μWcm-2)时,能量密度可达到12.7 Wh kg-1(76.3μWhcm-2);在能量密度为7 Wh kg-1(41.2μWhcm-2)时,功率密度可达到4185 W kg-1(25110μWcm-2)。在10000次循环后,比电容能够保持初始比电容的120.4%,显示出高循环稳定性;在不同角度弯折条件下,比容量依然能够保持94.1%以上,柔性特性明显。
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