Enhanced Mechanical and Electrochemical Properties of Carbon Nanotube Fibers via Embedded Sucrose‐Derived Porous Carbon for Mechanoelectrochemical Energy Harvesting

材料科学 碳纳米管 能量收集 电化学 电极 微型多孔材料 储能 复合材料 多孔性 韧性 碳纤维 极限抗拉强度 纤维 纳米技术 超级电容器 功率密度 耐久性 比能量 碳纳米管致动器 纳米复合材料 电化学能量转换
作者
Hocheol Gwac,Dong Yeop Lee,Gyu Hyeon Song,Ji Hwan Moon,Jae Myeong Lee,Hyeon Jun Sim,Junki Bang,Youngjin Jeong,Changsoon Choi,Seon Jeong Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (10)
标识
DOI:10.1002/adfm.202514096
摘要

Abstract Enhancing both mechanical and electrochemical properties of direct‐spun carbon nanotube fiber (CNTF) is essential for energy harvesting applications, but conventional strategies often improve one at the expense of the other. Herein, a sucrose‐derived porous carbon network is internally formed within the inter‐bundle voids of direct‐spun CNTFs, simultaneously enhancing their mechanical and electrochemical properties. This sucrose‐derived porous internally embedded carbon (SPINE‐C) reinforced inter‐bundle connectivity while preserving the alignment of CNTs, thereby enhancing the tensile strength (235–350 MPa), torsional durability (177.5–294.4 mN·m·mm −3 ), and toughness (5–20 J g −1 ) of the CNTFs without compromising their flexibility. Additionally, the microporous structure of SPINE‐C expanded the electrochemically accessible surface area, improving in charge storage capacity from 7.2 to 8.0 F g −1 . These enhancements in mechanical and electrochemical properties translated into superior energy harvesting performance in SPINE‐C‐based mechano‐electrochemical energy harvester (MEEH), with the power density increasing from 16.2 to 46.0 W kg −1 at 1 Hz—a 2.8‐fold enhancement. These results highlight the potential of the SPINE‐C strategy as a scalable and high‐performance electrode platform for fiber‐based energy harvesters, wearable electronics, and smart textiles.
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