DOI: 10.1016/j.jcis.2022.04.076

为了满足人们对高性能超级电容器的迫切需求，具有纳米结构和电活性化学成分的电极材料已成为当前的研究热点。在此，研究者通过静电纺丝和退火方法将碳化铁纳米颗粒封装在碳纳米纤维中（表示为Fe3C@CNF-650）。镍钴硫化物纳米粒子在电纺碳纳米纤维上水热生长（CNF@NiCoS-650）。过渡金属化合物的法拉第电化学反应提高了所开发电极的比电容。同时，碳纳米纤维导电骨架促进了法拉第电荷传输。具体而言，Fe3C@CNF-650负极和CNF@NiCoS-650正极在1A/g电流密度下分别实现了1551和205F/g的比电容。由Fe3C@CNF-650负极和CNF@NiCoS-650正极构成的混合超级电容器在800W/kg的功率密度下显示出43.2Wh/kg的能量密度。综上，本工作设计的纳米结构有望用于实际超级电容器中。

图1.Fe3C@CNF负极和CNF@NiCoS正极的合成示意图。

图2.（a,b）Fe3C@CNF-650的SEM，（c）TEM，（d）HRTEM，（e）SAED，和（f）元素映射图像。

图3.（a）Fe3C@CNF的XRD图谱和（b）拉曼光谱。（c）Fe3C@CNF-650的TG曲线，（d）FTIR，（e）N2吸附-解析等温线（插图为孔径分布），以及（f）Fe2p，（g）C1s，（h）N1s，和（i）O1s XPS光谱。

图4.Fe3C@CNF的电化学性能对比。（a）50mV/s扫描速率下的CV曲线。（b）Fe3C@CNF-650在不同扫描速率下的CV曲线。（c）Fe3C@CNF-650在电流密度为1A/g时的GCD曲线和（d）不同电流密度下的GCD曲线。（e）比电容与电流密度的关系以及（f）奈奎斯特图。

图5.（a,b）CNF@NiCoS-650的SEM，（c）TEM，（d）HRTEM，（e）SAED，和（f）元素映射图像。

图6.（a）CNF@NiCoS的XRD图谱和（b）拉曼光谱。NiCoS@CNF-650的（c）全扫描、（d）Ni2p、（e）Co2p和（f）S2p XPS光谱。

图7.CNF@NiCoS的电化学性能比较。（a）CNF@NiCoS-650在30mV/s下的CV曲线，（b）不同扫描速率下的CV曲线，（c）1A/g时的比较GCD曲线，（d）CNF@NiCoS-650在不同电流密度下的GCD曲线，（e）不同电流密度下的比电容和（f）奈奎斯特图。

图8.Fe3C@CNF-650//CNF@NiCoS-650混合超级电容器的电化学性能：（a）在1.4至2V的不同电压下，扫描速率为50mV/s时的CV曲线，（b）不同扫描速率下的CV曲线，（c）不同电流密度下的GCD曲线，（d）不同电流密度下的比电容，（e）电流密度为5A/g时的循环稳定性，和（f）Ragone图。