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      具有分層納米結構的碳材料是超級電容器設備中電極應用的好材料。在此，通過整合石墨烯（Gr）、碳納米纖維（CNFs）和碳納米管（CNTs）來設計分層的三元碳氣凝膠結構。合成的CNTs@Gr-CNF材料用不用的分析技術表征，并作為電極在超級電容器中應用。在三電極系統中，CNTs@Gr-CNF電極材料表現出增強的電化學性能，其中，在6 M KOH中，0.25 A/g時獲得了521.5 F/g的高比電容，并且以5 A/g進行10,000次連續的充放電循環后保持了98％的出色電容。另外，制造了基于CNTs@Gr-CNF作為負極和生長在鎳泡沫上的NiCo₂S₄納米針作為正極的混合超級電容器。該混合動力設備在1 A/g處顯示出218 F/g的比電容，在789.66 W/kg的功率密度下顯示出62.13 Wh/Kg的能量密度。此外，該器件具有出色的循環穩定性，在10,000次充放電循環后，其比電容的保留率為91.7％。所得結果表明，CNTs@Gr-CNF材料具有用于高級混合超級電容器負極的高度理想性能。
 
Figure 1. 分層CNTs@Gr-CNF氣凝膠的制造示意圖。
 

Figure 2. （a）CNF氣凝膠、（b）Gr-CNF氣凝膠和（c）碳納米管@Gr-CNF的示意圖；FE-SEM圖像：（d）CNF氣凝膠、（e）Gr-CNF氣凝膠、（f）碳納米管@GrCNF；（g,h和i）CNTs@Gr-CNF，其CNTs生長時間分別為1、5和10分鐘（插圖為高放大倍數圖像）。


Figure 3. （a-b）CNTs@gr-CNF-1的TEM和HR-TEM圖像；（c-d）CNTs@Gr-CNF-5的TEM和SAED模式圖像；（e-g）CNTs@GrCNF-5的元素映射。
 

Figure 4. （a）CV曲線；（b）Gr-CNF、CNTs@Gr-CNF-1、CNTs@Gr-CNF-5、CNTs@Gr-CNF-10下測得的GCD曲線；（c）不同掃描速率下CNTs@Gr-CNF-5的CV曲線；（d）EIS曲線；（e）比電容Vs.電流密度；（f）NiCNTs@Gr-CNF-5的循環穩定性。
 

Figure 5. （a）負電極和正電極的CV曲線；（b）在不同掃描速率下的CV曲線；（c）在不同電流密度下的GCD曲線；（d）比電容Vs.電流密度曲線；（e）循環穩定性測試曲線；（f）混合設備的Ragone圖。
 
     相關研究成果于2020年由朝鮮國立大學的Joong Hee Lee課題組，發表在Chemical Engineering Journal（2020, 380, 122543）上。原文：Ternary graphene-carbon nanofibers-carbon nanotubes structure for hybrid supercapacitor。

摘自《石墨烯雜志》公眾號：