PANI rGO改性碳布，用于高性能柔性固态超级电容器

摘要：具有高电化学性能的电极材料对于促进先进超级电容器的实际大规模应用具有重要意义。本文，武汉工程大学Jiayou Ji、 Liang Li等研究人员在《J Mater Sci》期刊发表名为“Polyaniline@reduced graphene oxide mo

1成果简介

具有高电化学性能的电极材料对于促进先进超级电容器的实际大规模应用具有重要意义。本文，武汉工程大学Jiayou Ji、 Liang Li等研究人员在《J Mater Sci》期刊发表名为“Polyaniline@reduced graphene oxide modified carbon cloths for the construction of high-performance flexible solid-state supercapacitors”的论文，研究提出成功制备了聚苯胺@还原氧化石墨烯（PANI@rGO）改性碳布（CC）（ACC-PANI@rGO），作为构建高性能柔性固态超级电容器（FSSC）的电极。

原始碳布通过 Hummers 法和电化学处理进行双重活化，以提高亲水性和电容。经过苯胺聚合、GO 吸附和还原处理后，得到了柔性 ACC-PANI@rGO 电极。在电流密度为 0.5 A g-1 时，其最大比电容为 670 F g-1。此外，rGO 层还被用作保护层，以缓解 PANI 在长期使用过程中的膨胀和收缩，从而提高 ACC-PANI@rGO 的循环稳定性。在 10 A g-1 的高电流密度下循环 6000 次后，ACC-PANI@rGO 的电容保持率达到了初始比电容的 87.5%。由于各组分的协同作用，由两个对称的 ACC-PANI@rGO 电极组装而成的 FSSC 在功率密度为 0.5 mW cm-2 时可达到 111.96 µWh cm-2 的高能量密度，而且在反复弯曲至 180° 500 次后仍能保持约 91.2% 的比电容，有望应用于柔性储能器件。

2图文导读

图1、制备 ACC-PANI@rGO电极和组装柔性固态超级电容器的过程示意图。

图2、（a） CC、（b） OCC、（c） ACC、（d） ACC-PANI、（e） ACC-PANI@rGO 的 SEM 图像。ACC-PANI@rGO 的（f） C、g O 和 h N 的元素映射。

图3、CC、ACC、ACC-PANI 和 ACC-PANI@rGO 的拉曼光谱。

图4、CC、ACC、ACC-PANI 和 ACC-PANI@rGO 的 XPS 谱图。ACC 的 b Mn 2p 光谱和 c O 1 s 光谱。ACC-PANI 的 d O 1 s 光谱和 e N 1 s 光谱。f C 1 s ACC-PANI@rGO 光谱。

图5、a 不同样品在 200 mV s-1 扫描速率下的 CV 曲线。b 电流密度为 0.5 A g-1 时不同样品的 GCD 曲线。c ACC-PANI@rGO 在 5 至 200 mV s−1 扫描速率下的 CV 曲线。d ACC-PANI@rGO 在 0.5 至 10 A g-1 电流密度下的 GCD 曲线。

图6、a CV curves of FSSC at different scan rates. b GCD curves of FSSC at different current densities. c Cyclic stability of FSSC measured for 8000 cycles at the current density of 10 A g−1. d Ragone plot of FSSC.

图7、a Photos of FSSC in bent state and CV curves of FSSC at different bending angles at a scan rate of 200 mV s−1. b Capacitance retention of FSSC for 1000 cycles subjected to 180° bending at a scan rate of 200 mV s−1. c Capacitance retention of FSSC when repeatedly bent to 180° for 500 times at a scan rate of 200 mV s−1. d Five LEDs lit by series-connected FSSCs.

3小结

总之，通过对 CC 的双重活化处理和 PANI 的原位合成，以及 GO 的吸附和还原，成功构建了具有优异电化学性能和机械稳定性的柔性 ACC-PANI@rGO 电极。与 ACC 电极和 ACC-PANI 电极相比，所获得的 ACC-PANI@rGO 电极具有更大的比电容和更好的循环稳定性。此外，基于两个相同的 ACC-PANI@rGO 电极的 FSSC 不仅在功率密度为 0.50 mW cm-2 的条件下显示出 111.96 µWh cm-2 的高能量密度，而且在 180° 弯曲 1000 次电化学循环或反复弯曲至 180° 500 次后仍能保持满意的电容量，表明其具有出色的循环稳定性和弯曲稳定性。出色的电化学性能归功于 ACC、表面生长的 PANI 和吸附的 rGO 之间的协同作用。该策略可为设计和制备具有长期稳定性的高性能柔性超级电容器电极提供建议。

文献：