多孔碳纖維具有豐富的活性位點、高導電性以及穩定的物理和化學性質，因此是鋅離子混合超級電容器（ZHS）的理想陰極。然而，設計一種適當的制備技術來調節碳纖維的微觀結構仍然是一個巨大的挑戰。本文通過 PVP/PAN 共混電紡和水熱選擇性去除 PVP 的策略，開發了一種聚乙烯吡咯烷酮/聚賴丙烯腈（PVP/PAN）衍生的多孔碳纖維。水熱選擇性去除 PVP 策略可有效避免 PVP 和 PAN 在傳統的空氣穩定過程中發生交聯。在 PVP/PAN 衍生的多孔碳纖維中，充足的微孔為 Zn
2+ 的儲存提供了充足的空間，而適當的中孔則有助于離子的快速轉移。這些分層多孔結構賦予了 ZHS 高比容和高速率的性能。由最佳 PVP/PAN 衍生多孔碳纖維（PVP-PANC-0.8）組裝而成的 ZHS 具有出色的比容量（208 mAh g
-1）、0.5 至 5 A g
-1 的高倍率能力（49.5%）以及在 0.5 A g
-1 下循環 10,000 次后 72.25% 的容量保持率。
Fig 1. PVP-PANC-x的制備示意圖。
Fig 2. a PVP-PANC-0.2的掃描電鏡圖像；b PVP-PANC-0.5的掃描電鏡圖像；c PVP-PANC-0.8的掃描電鏡圖像；d PVP-PANC-1的掃描電鏡圖像。
Fig 3. PVP-PANC-x的N
2吸附-脫附等溫線；b PVP-PANC-x的孔徑分布。
Fig 4. a 掃描速率為10 mV s
-1時的CV曲線；b 電流密度為0.5 A g
-1時的GCD 曲線；c EIS曲線；d PVP-PANC-x//Zn ZHS在電流密度為0.5-5 A g
-1時的比容量；e PVP-PANC-0.8//Zn ZHS的循環穩定性。
Fig 5. a不同掃描速率下的CV曲線；b 掃描速率為1 mV s
-1時的擴散控制和電容電荷貢獻；c PVP-PANC-0.8//Zn ZHS 在掃描速率為1至50 mV s
-1的歸一化電容電荷貢獻。
Fig 6. a GITT曲線；b GITT 曲線局部放大圖；c PVP-PANC-0.8//Zn ZHS 的鋅離子擴散系數；d PVP-PANC-0.2//Zn ZHS 的鋅離子擴散系數；e PVP-PANC-0.5//Zn ZHS 的鋅離子擴散系數；f PVP-PANC-1//Zn ZHS 的鋅離子擴散系數。
相關研究工作由濟南大學Bing-Qiang Cao課題組于2024年在線發表在《Rare Metals》期刊上，PVP/PAN-derived porous carbon fiber for zinc-ion hybrid supercapacitors，原文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s12598-024-02682-0
轉自《石墨烯研究》公眾號
