CCFe2O3Na2WO4NF的制备及其作为超级电容器电极材料的研究

　　Energy&Fuels：CC-Fe2O3/Na2WO4 NF的制备及其作为超级电容器电极材料的研究
　　DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c01131
　　纳米纤维单金属氧化物是一种很有前途的电化学超级电容器（ESCs）电极材料。然而，在实际应用中，其循环稳定性、电容和倍率性能仍有待提高。为了提高电化学超级电容器（ESC）的性能，逐步开发出具有理想形态和高表面积的电极材料以及设计出更好的电极结构显得至关重要。在此，研究者通过一步同轴静电纺丝PVP-Fe（NO3）3和PVP/Na2WO4，随后对产物进行煅烧处理制备了α-Fe2O3/Na2WO4纳米纤维（NFs）。首先，制备了含不同α-Fe2O3/Na2WO4 NFs量的聚偏氟乙烯/N-甲基-2-吡咯烷酮溶液，其具有优异的加工性能和耐受性，随后将该溶液浇铸在导电碳布（CC）上作为一种独特的电极材料，与Ag/AgCl相比，-0.8至0.8V之间的比电容高达265.54F/g。应用Cottrell和Dunn方程以获得75.6％的电容（非法拉第）电流和24.4％的扩散插层（法拉第）电流。由两段CC-Fe2O3/Na2WO4 NF电极组装而成的钮扣电池基对称结构ESC在3.0M Na2SO4水性电解质中实现了1.6V的工作电压，160F/g的比电容以及优异的循环稳定性，200次循环后初始电容保持率为93％，揭示了Fe2O3/Na2WO4 NF表面的快速离子捕获氧化还原反应。当功率密度为514.28W/g时，CC-Fe2O3/Na2WO4 NF对称ESC的能量密度为50Wh/kg。该研究证实了CC-Fe2O3/Na2WO4 NF复合材料可作为高性能对称ESCs的理想电极材料。
　　图1.静电纺丝合成Fe2O3/Na2WO4 NFs并通过PVDF浇铸法将其涂覆在碳布上，以及钮扣电池对称ESC的结构示意图。
　　图2.所制备样品的FT-IR光谱（a）和XRD图（b）。
　　图3.煅烧前（a、b和c）和煅烧后（d、e和f）PVP-Fe（NO3）3/Na2WO4纳米纤维在不同放大倍率下的FE-SEM和TEM图像。
　　图4.不同放大倍率下涂覆在CC上的含有Fe2O3/Na2WO4的PVDF糊状物的FE-SEM图像。
　　图5.PVP-Fe（NO3）3/Na2WO4煅烧之前（a）和之后（b）的EDS光谱。
　　图6.Fe2O3/Na2WO4 NFs的VSM（a）和N2吸附-解吸（b）曲线以及PVP和PVP-Fe2O3/Na2WO4 NFs的TGA（c）和DTG（d）曲线。
　　图7.在不同PVDF含量下，CC-Fe2O3/Na2WO4 NF电极在扫描速率为50mV/s时的CV曲线（a），1.0mA/g时的GCD性能（b）以及比电容和功率密度（c）。
　　图8.（a）10-100mV/S扫描速率下的CV曲线，（b）10-100mV/S扫描速率范围内的比电容和面电容，（c）6-21mA/g电流密度下的GCD（-0.8至+0.8V区域），（d）6-21mA/g范围内不同电流密度下的比电容和面电容，（e）奈奎斯特图以及（f）在6mA/g电流密度下使用GCD测定电极材料的长期循环稳定性。
　　图9.（a）当扫描速率为50mV/S时，不同电位窗口（0-1.7）下的CV曲线，（b）当电流密度为6mA/g时，不同电位窗口（0-1.7）下的GCD曲线，（c）在10-100mV/S范围内，不同电位下的CV曲线，（d）通过CV曲线观察峰值电流与扫描速率的线性关系，（e）50mV/s下的CV曲线，蓝色区域显示电容贡献，以及（f）不同扫描速率下的电容和扩散贡献。
　　图10.（a）10-70mV/S扫描速率下的CV曲线，（b）10-70mV/S扫描速率范围内的比电容和面电容，（c）6-21mA/g电流密度下的GCD图（-0.8至+0.8V区域），（d）6-21mA/g范围内不同电流密度下的比电容和面电容，以及（e）Ragone图和（f）在6mA/g电流密度下使用GCD测定电极材料的长期循环稳定性。