山东大学：碳纤维上原位生长BCN纳米管，用于新型高温超级电容器

成果简介

本文，山东大学Zhenyan Liang等研究人员在《Small》期刊发表名为“In Situ Growing BCN Nanotubes on Carbon Fibers for Novel High-Temperature Supercapacitor with Excellent Cycling Performance”的论文，研究报道了通过优化硼氮比，在碳纤维表面制备出具有优异高温性能的BCN纳米管（BCNNTs）。

纳米管的形貌可以有效缓解高温长时间充放电循环过程中电解质的快速吸附/脱附所造成的结构损伤，从而提高高温循环稳定性。这种无粘结剂碳纳米管电极在1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIM·BF4）中组装的对称超级电容器在5 mA cm−2电流密度下的面电容为177.1 mF cm−2，100 °C下5 000次循环的电容保持率高达86.1%。基于BCNNT的聚（偏氟六氟丙烯）/EMIM·BF4/丁二腈凝胶电解质中的柔性超级电容器在100 °C下表现出良好的体积比容量（电流密度为5 mA cm−2时，容量为1·98 mWh cm−3)和出色的循环稳定性（200次充放电循环保持率为92·6%）。

图文导读

图1、a) BCN 的合成图解。b-f) BCN-CFs 在不同 B 和 N 比例下的 SEM 图像。g) BCN-4 的高倍放大 SEM 显微照片。h) i)BCN-4 的 TEM 和相应的元素映射图像。

图2、a) XRD 图和 b) 不同 B 和 N 含量的 BCN 样品的 FTIR 光谱。c) BCN-4 的N 2吸附和解吸等温线，插图显示了孔径分布图。BCN电极材料的B 1s d)、C 1s e)和N 1s f)的XPS光谱。

图3、BCN 对称电极在室温下的电化学性能

图4、在 100 °C 高温下 BCN 材料的 SCs 的电化学表征

图5、使用PVDF-HFP/EMIM·BF 4 /SN凝胶电解质的基于BCN-4的准固态SCs的电化学性能

小结

这项研究的结果表明，BCNNT 是高温超级电容器的潜在电极。该工作为制备可在高温下工作的储能装置提供了参考。

文献

https://doi.org/10.1002/smll.202102899