Ultralight coaxial fiber-shaped zinc-ion hybrid supercapacitor with high specific capacitance and energy density for wearable electronics

超级电容器 材料科学 电容 阳极 阴极 同轴 功率密度 纤维 纳米技术 石墨烯 光电子学 电极 储能 复合材料 电气工程 功率(物理) 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学
作者
Ruixue Li,Xiaoping Shen,Zhenyuan Ji,Yinxiu Xue,Peng Song,Hu Zhou,Lirong Kong,Shiping Zeng,Caixia Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:457: 141266-141266 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.141266
摘要

Zinc-ion hybrid supercapacitors (ZHSs) with a fiber-shaped form are strongly desired for flexible electronics, but the construction still remains a great challenge. Herein, by using a graphene/multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) hybrid tube (GMHT) as cathode and a 2D nanostructured Zn modified graphene/MWCNTs tube ([email protected]) as anode, we, for the first time, fabricate a ‘sword-scabbard’ like coaxial fiber-shaped all-solid-state ZHSs. The core-sheath structure notably accelerates electron transport and ion diffusion, and in comparison with the commonly used Zn metal electrode, an astounding 84.1 % anode mass reduction has been realized. Specifically, the optimized GMHT//[email protected] ZHSs presents a superb length specific capacitance of 470.6 mF cm−1 (relevant to an outstanding areal/volumetric capacitance of 735.3 mF cm−2/19.6 F cm−3) at the current density of 1 mA cm−1, which is obviously better than most of the reported fiber-shaped ZHSs. Meanwhile, the device shows a maximum energy density of 167.3 μWh cm−1 at the power density of 533.5 μW cm−1, and an attractive power density of 5988.1 μW cm−1 at 16.8 μWh cm−1. Moreover, the capacitance retentions of 84.6 % after 5000 charge–discharge cycles and 100–88.3 % under bending angles from 0 to 150° demonstrate great electrochemical stability and mechanical flexibility of the device. The admirable properties, together with this creative architecture and ultralight function, endow GMHT//[email protected] with a broad prospect in wearable application.
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