靜電紡絲結合鐳射直寫構建具有NPR結構的非對稱微型超級電容器

西北工業大學張海峰&青島大學乜廣弟：靜電紡絲結合鐳射直寫構建具有NPR結構的非對稱微型超級電容器

DOI： 10。1016/j。cej。2021。133580

為柔性儲能裝置設計具有良好電化學效能和穩健機械效能的電極是非常必要的。本研究結合靜電紡絲和鐳射直寫技術製備了具有負泊松比（NPR）結構的自支撐電極，其克服了傳統碳基材料無法拉伸的侷限性，避免了傳統可拉伸器件中剛性電極與軟襯底的整合問題。此外，採用凝膠電解質包覆初紡隔膜和由碳奈米纖維與奈米陣列（CNF@Fe2O3奈米棒和CNF@MnO2奈米片）組成的複合電極組裝了一種具有NPR結構的準固態非對稱微型超級電容器。該裝置不僅達到了2V的拓展電壓視窗，而且在0。55mW·cm-2功率密度下實現了26μWh·cm-2的面積能量密度，優於其他可穿戴微型超級電容器。

圖1。製備碳材料基可拉伸電極的各種策略的示意圖：a）特徵，b）相同邊緣載荷下拉伸效能的有限元建模分析。（電極的顏色分佈由藍色變為紅色，代表位移由小到大的變化程度。）

圖2。NPR結構電極和隔膜製造過程的示意圖。

圖3。a）自支撐電極和由電紡奈米纖維製備的隔膜的數字影象，b）具有NPR結構的微型超級電容器的橫截面SEM影象，c）PAN電紡奈米纖維隔膜的SEM影象，d）CNF@Fe2O3負極的SEM影象，e）HRTEM影象和f）Fe2p高解析度XPS光譜，g）CNF@MnO2負極的SEM影象，h）HRTEM影象和i）Mn2p高解析度XPS光譜。

圖4。NPR結構單電極的電化學效能：a）CNF@Fe2O3電極的CV和GCD曲線以及c）在不同變形條件下的比電容，d）CNF@MnO2電極的CV和e）GCD曲線，f）分別為CNF@Fe2O3和CNF@MnO2電極的EIS曲線。

圖5。a）AMSC結構示意圖，b）不同掃描速率下的CV曲線，c）器件的Ragone圖，d）不同機械變形下的CV曲線，e）當電流密度為1。1mA/cm2時，不同機械變形下的迴圈效能，f）器件在1。1mA/cm2電流密度下的長期迴圈效能，g）兩個串聯的AMSCs在不同機械變形下為白光LED手錶供電。