Adv. Energy Mater. 南京大學：柔性可穿戴高性能超級電容器

【引言】

為實現高性能的可穿戴超級電容器，急需一種有利于高孔隙率，優良導電性和優異機械性能可以共同實現的柔性電極。在這里，南京大學孟祥康教授、唐少春教授（共同通訊作者）課題組合理的設計和組裝了一種新穎的柔性電極，是由三元金屬硫化物在銀濺射織物碳布上生長得到納米管構建的多元三腳架結構復合材料。

【成果簡介】

本文報道了一種可穿戴的織物超級電容器，在銀濺射織物碳布上生長FeCo₂S₄- NiCo₂S₄復合材料合成納米管構建的多元三角架結構的柔性電極。這種獨特的結構具有很高的孔隙率但是卻非常堅固，有助于電化學反應中離子和電子的轉移；而包覆的銀不僅可以促進均相成核，還可以增進復合材料的導電性，也可以提高生長結構和織物之間的表面結合能。受益于這些特點，復合材料電極顯示出了很高的比電容，在5mA cm^-2電流密度下，比電容可達到1519 Fg^-1，電極所組成的對稱柔性固態超級電容器能量密度可高達46W h kg^-1，同時顯示出了良好的循環穩定性，在105mA cm^-2電流密度下掃3000圈可以保持92%的電容。

【圖文導讀】

圖1.基底銀濺射織物碳布的處理

[注]SSTC：銀濺射織物碳布

a)實驗服的照片

b)從實驗服上剪下的原始碳布照片（左），銀濺射處理后的織物碳布（中），硫化后的織物碳布（右）

c)在SSTC上生長FeCo₂S₄- NiCo₂S₄的制備過程示意圖，下方分別對應各個步驟單個銀包覆纖維的表面變化

圖2.SEM分析，低倍數TEM分析，X-ray元素分布，SEM-EDS光譜

a-b)SSTC生長前驅納米線前后的SEM圖像

c-e) FeCo₂S₄- NiCo₂S₄生長在SSTC上的多元三腳架結構

f)從SSTC上移除的一些管狀結構的低倍數TEM圖像

g-i)在單個纖維上S,Fe,Ni等不同元素的X-ray元素分布圖

j)不同元素原子百分比的SEM-EDS

圖3.單個納米管的高分辨TEM圖像，X-ray元素分布，STEM-EDS光譜

a)高倍數TEM圖像

b)高分辨率TEM圖像

c) 在單個納米管上S,Fe,Ni等不同元素的HAADF STEM-EDS元素分布圖

圖4. FeCo₂S₄- NiCo₂S₄電性能測試分析

a)多掃速下的CV曲線

b)不同電流密度下FeCo2S4- NiCo2S4電極的充放電曲線，在3M KOH電解液中

c-f) FeCo₂S₄- NiCo₂S₄復合電極和FeCo₂S₄電極NiCo₂S₄電極5mV s^-1 CV曲線的對比，20mA cm^-2電流密度充放電曲線的對比，不同電流密度比電容的對比以及交流阻抗曲線的對比

圖5. FeCo₂S₄- NiCo₂S₄組裝成對稱固態超級電容器示意圖及電性能測試分析

a)組裝對稱固態超級電容器示意圖

b)工作電容器中的電子移動示意圖

c)不同掃速下的CV曲線

d)對稱超級電容器的得充放電曲線，電壓窗口為0-1.0V

e)組裝成器件和其他報道過的超級電容器的能量比較圖

f)在10mA cm^-2電流密度下完成3000圈充放電后的電容保持率和庫倫效率曲線

圖6. 固態器件的組裝示意圖，電性能測試及實際應用示例

a)固態器件在不同扭曲狀態下的照片及示意圖

b)固態器件在不同扭曲狀態下的CV曲線

c)多個FeCo₂S₄- NiCo₂S₄復合電極組裝成器件的示意圖

d)在1mA放電電流下，不同織物面積的電極材料得到的比電容曲線

e)連接五個超級電容器組裝成手帶器件得示意圖，實物照片以及給移動手機充電示例

原文鏈接：Wearable High-Performance Supercapacitors Based on?Silver-Sputtered Textiles with FeCo2S4–NiCo2S4 Composite?Nanotube-Built Multitripod Architectures as Advanced?Flexible Electrodes?(Adv. Energy Mater. 2016, ?DOI: 10.1002/aenm.201601234)

本文由材料人編輯部新能源學術組Jane915126供稿，點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。