ACS Appl. Nano Mater.：RuO2納米棒包覆碳納米纖維用於超級電容器
DOI: 10.1021/acsanm.0c00579
為了研究RuO2納米棒在超級電容器中的電容行為，採用沉澱和重結晶法在電紡碳納米纖維上簡單地生長了RuO2納米棒。在180℃、220℃和300℃的不同溫度下仔細地進行熱處理再結晶。在最佳生長條件下，以含較低Ru負載濃度的經220℃退火的RuO2-碳納米纖維作為KOH水性電解質中的電極材料，用於超級電容器，在電流密度為1 mAcm-2時獲得了188 Fg-1的良好電容性能，在功率密度為400-4000 Wkg-1時顯示出22-15 Whkg-1的高能量密度。在放電電流密度為1 mAcm-2時，RuO2-納米碳纖維在3000次循環後的電容保持在初始值的93%左右。RuO2-碳納米纖維優異的電化學性能主要歸因於其具有較大的比表面積和多個介孔以及具有適當結晶度的電活性功能位點。因此，碳納米纖維上的較大中孔體積和低維RuO2納米棒有利於降低內部電阻，從而導致非晶材料中的離子電荷擴散和電荷儲存。
圖1.（a）CNF、（b）RuO2-CNF（180）、（c）RuO2-CNF（220）和（d）RuO2-CNF（300）形態的FE-SEM圖像。
圖2. RuO2-CNF（220）在不同放大倍數下的TEM圖像：（a）100 nm和（b）10 nm。 （c）SEAD模式。（d）C、O和Ru的EDS元素分佈圖。
圖3.（a）RuO2-CNF（220）複合材料的寬掃描XPS光譜。（b）Ru 3p、（c）O 1s和（d）C 1s以及Ru 3d核心能級的高分辨率掃描。
圖4.（a）不同CNF複合材料的XRD圖，（b）CNF的拉曼光譜，（c）RuO2-CNF複合材料的拉曼光譜，以及（d）晶體寬度La和ID/IG。
圖5.（a）RuO2-CNF（180）、RuO2-CNF（220）和RuO2-CNF（300）在77 K下的氮吸附-解吸等溫線以及（b）比表面積和微孔/中孔體積分數。
圖6.（a）RuO2-CNF（180）、（b）RuO2-CNF（220）、（c）RuO2-CNF（300）在不同掃描速率下的循環伏安圖；（d）四種複合材料在6.0 M KOH中的CV，掃描速率為50 mVs-1。
圖7.兩個電極在6.0 M KOH（aq）電解質中的電化學測試結果：（a）攝動幅度為10 mV時的複平面阻抗圖，（b）通過AC阻抗法獲得的波特相圖，（c）比電容與電流密度的關係，以及（d）Ragone圖。（e）在5 mAcm-2的電流密度下的恆電流充電/放電測試結果，以及（f）柔性RuO2-CNF（220）超級電容器在100 mV/s的掃描速率下的CV曲線（插圖：彎曲操作期間的柔性RuO2-CNF（220）電極和設備）。
圖8.（a）在1 mAcm-2的恆定電流密度下，RuO2-CNF（180）和RuO2-CNF（220）的比電容在3000個循環中的變化，以及（b）兩個設備在6 M KOH水性電解質中運行3000個循環後，以50 mVs-1測得的CV。
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