Evolving non-aggregated ZIF-8 nanoparticles into hierarchically porous hollow carbon nanofibers for high-performance flexible zinc-ion hybrid supercapacitor

超级电容器 材料科学 纳米纤维 纳米颗粒 聚丙烯腈 阴极 电解质 纳米技术 静电纺丝 聚乙烯吡咯烷酮 化学工程 电化学 复合材料 电极 化学 聚合物 高分子化学 物理化学 工程类
作者
Huaibo Yu,Dan Luo,Li Zeng,Nan Lan,Hanna He,Chuhong Zhang
出处
期刊:Polymer [Elsevier BV]
卷期号:296: 126829-126829 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.polymer.2024.126829
摘要

Zinc-ion hybrid supercapacitors are garnering widespread interest in wearable energy storage devices due to their high power density, intrinsic safety and cost-effectiveness. However, the primary obstacle to their progress lies in the scarcity of cathode materials that concurrently demonstrate excellent flexibility and high energy density. Herein, we deliberately design a coaxial electrospinning ZIF-8 derived hollow carbon nanofiber film electrode (C-PAN(ZIF-8)@PVP) to achieve high-performance flexible ZHSCs. The distinctive configuration of C-PAN(ZIF-8)@PVP electrode comprises a shell of homogeneously distributed ZIF-8 derived porous carbon nanoparticles, which are bound together by N-doped carbon fibers derived from polyacrylonitrile (PAN), and a channel through the fiber created by the decomposition of polyvinylpyrrolidone (PVP). This unique architecture coupled with N, O co-doping bestows ample electrolyte infiltration, complete exposure of active sites, and a rapid pathway for electron conduction, resulting in facilitated ion diffusion kinetics, abundant active sites and enhanced electronic conductivity of the C-PAN(ZIF-8)@PVP electrode. As a result, the assembled ZHSC delivers a high reversible capacity of 116 mAh g−1 at 0.1 A g−1 and remarkable capacity retention of 100% over 4000 cycles at 5 A g−1. Moreover, it exhibits exceptional mechanical flexibility, capable of delivering stable output under arbitrary deformation. The intricate structural design strategy offers valuable insights for the development of high-performance electrode materials.
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