文献导读：

电子和离子在电极内的快速传递对最终的电化学性能至关重要。鉴于此，郑州大学张鹏教授&邵国胜教授等人，通过简便的Stöber方法结合间苯二酚-甲醛树脂，开发了一种基于静电纺碳纳米纤维的独特的超长一维（1D）皮芯多层结构，实现高性能超级电容器。相关研究成果以“Rational design of one-dimensional skin-core multilayer structure for electrospun carbon nanofibers with bicontinuous electron/ion transport toward high-performance supercapacitors”为题目，发表于期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。

本文要点：

1、本研究通过简便的Stöber方法结合间苯二酚-甲醛树脂，成功开发了基于电纺碳纳米纤维的独特超长一维皮芯多层结构。

2、该结构不仅在充放电过程中实现了电子/离子的双连续传输，还为离子吸附提供了大表面积。特别是，控制活性层的数量以及调节层中的活性位点都可以明显改善电容性能。

3、由于理想结构的协同效应，作为超级电容器电极，可以在5 Ag^-1时提供高比电容量，以及在8 A g^-1时保持初始电容量的89%电容保留率，以及在2 A g^-1时进行1万次循环后近93%的容量保留率。

4、此外，组装的对称超级电容器装置在25 kW kg^-1时的最大能量密度为8.77 Wh kg^-1，以及在6.74 Wh kg^-1时的最大功率密度为3.70 kW kg^-1。

本研究提出的主要发现和见解包括：

1、成功制备了用于电纺碳纳米纤维的一维皮芯多层结构。

2、在充放电过程中实现了电子/离子的双连续传输。

3、碳纳米纤维具有大表面积和中空分层多孔结构。

4、能够调整活性层数量或位点，显著改善材料的电容性能。

5、在0.25 kW kg^-1时实现8.77 Wh kg^-1的高能量密度。

图1 TCF-SL、TCF-DL和TCF-TL的制备过程示意图。

图2 (a) TCF， (b) TCF@SiO₂， (c) TCF@SiO₂@RF， (d) TCF- SL， (e) TCF- DL和(f) TCF- TL的SEM图像。(g) TCF-SL， (h) TCF-DL和(i) TCF-TL的TEM图像。

图3 (a) XRD图谱，(b)拉曼光谱，(c)接触角(d) N2吸附-脱附等温线，(e)孔径分布，(f)TCF、TCF- SL、TCF- DL和TCF- TL。

图4 在6.0 M KOH条件下，测定了TCF、TCF- SL、TCF- DL和TCF- TL的电化学性能。

图5 (a) SEM图，(b) TEM图，(c) TCF-DCSL相应的c、N、O、Ti元素映射图。(d) SEM图像，(e) TEM图像，(f)TCF-UDSL中C、N、O、Ti对应的元素映射图。(g, h, i) TCF-SL, TCF-DCSL和TCF-UDSL的行扫描轮廓。

图6 (a) TCF-SL、TCF-DCSL和TCF-UDSL在50 mV s^-1下的CV曲线。(b)电流密度为0.5 A g^-1时TCF-SL、TCF-DCSL和TCF-UDSL的GCD曲线。(c) TCF-SL、TCF-DCSL和TCF-UDSL的Nyquist图(插图分别为高频区域的局部放大和等效电路)。(d, e) TCF-UDSL在5 ~ 500 mv s^-1范围内的CV曲线。(f) TCF-UDSL在0.5 ~ 8 A g^-1范围内的GCD曲线。(g) TCF-SL、TCF-DCSL和TCF-UDSL的比电容图和(h) Ragone图。(i) TCF-SL、TCF-DCSL和TC的循环稳定性和库仑效率。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.064