Rational design of hierarchically sulfide and MXene-reinforced porous carbon nanofibers as advanced electrode for high energy density flexible supercapacitors

材料科学 超级电容器 碳纳米纤维 聚丙烯腈 电极 静电纺丝 电容 纳米纤维 化学工程 电解质 纳米颗粒 纳米技术 复合材料 碳纳米管 聚合物 化学 工程类 物理化学
作者
Shengxue Yan,Shaohua Luo,Qing Wang,Yahui Zhang,Xin Liu
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:224: 109246-109246 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2021.109246
摘要

In this study, in-situ carbon coating technology was used to embed the sulfide-loaded MXene in the carbon nanofibers through electrospinning to improve the sulfide conductivity and ion transfer rate. Polyacrylonitrile (PAN) with a high carbon conversion rate was used as carbon nanofiber, while polyvinylpyrrolidone (PVP) with a low carbon conversion rate was used as a pore-forming sacrificial agent. PAN–PVP-based porous carbon nanofibers (PCNF) with good meso/macropore structure were prepared via a thermally induced phase separation process. FeCo2S4 nanoparticles and ultra-thin Ti3C2Tx MXene were uniformly fixed in PCNF in situ, and a flexible hybrid film was prepared as the electrode material of supercapacitors (FeCo2S4/MXene/PCNF). The FeCo2S4/MXene/PCNF hybrid membrane inherits a three-dimensional pore structure and hierarchical PCNF nanostructure. It can provide continuous channels for the rapid electrolyte diffusion, thereby obtaining electrochemically active FeCo2S4 nanoparticles. Moreover, carbon nanofibers can act as a conductive core for providing effective electron transport for the rapid Faraday redox reaction of the FeCo2S4 sheath or as a buffer matrix for reducing local volume expansion/contraction during long-term cycling. Therefore, the optimized FeCo2S4/MXene/PCNF hybrid membrane has excellent cyclic stability, which fundamentally solves the problems of poor sulfide conductivity and cyclic stability.
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