DOI: 10.1021/acsaem.0c02709

针对储能装置的独立式自掺杂电极材料，本工作研究了芳香族聚醚酰胺（PEA）衍生碳纳米纤维（CNF）的微观结构和电化学性能，其由静电纺丝三种不同组分的PEA和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合溶液，并在1000℃下对初纺纳米纤维进行碳化处理制备而成。扫描电子显微镜、能量色散光谱、拉曼光谱和元素分析表明，PEA衍生CNFs具有独特的混合网络结构、氮自掺杂和有序石墨特征。因此，CNFs的表观电导率为3.72-7.79S/cm。循环伏安测试和恒电流充放电测量证实，PEA衍生CNFs具有出色的电化学性能，在1.0A/g下的比电容约为249.0F/g，功率密度为10,000-1,000W/kg，能量密度为30.1-69.1Wh/kg，经过3000次循环试验后，其电容保持率约为79％，库仑效率约为92％。上述结果表明，PEA衍生CNFs可用作高性能储能设备的高度稳定性自支撑无掺杂电极材料。

图1.通过静电纺丝和碳化处理制备一系列PEA衍生CNFs的示意图。

图2.PEA/PVP基纳米纤维和PEA基CNFs的SEM图像：（A）PEANF-60；（B）PEANF-70；（C）PEANF-80；（D）CNF-60；（E）CNF-70；（F）CNF-80。

图3.CNF-70的（A）SEM图像，（B）EDS映射图像，（C）碳映射图像，（D）氧映射图像，（E）氮映射图像和（F）EDS光谱。

图4.PEA衍生CNFs的拉曼光谱。

图5.PEA衍生CNFs的（A）电流-电压曲线，以及（B）电导率/电阻率。

图6.（A-C）PEA衍生CNFs在不同扫描速率下的循环伏安曲线和（D-F）在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。

图7.对于衍生自PEA和其他聚合物前体的CNFs而言，（A）其比电容与电流密度的关系；（B）比电容保持率和库仑效率与循环伏安测试次数的关系；（C）奈奎斯特图和经过改进的Randles电路图；以及（D）Ragone图。