非对称超级电容器(ASCs)由于其优异的电化学性能,尤其是良好的功率密度,被认为是一种很有前途的储能装置。在这项工作中,使用静电纺丝技术和金属有机骨架(MOF)衍生策略设计并制备了高性能的正极和负极材料。所得Bi-MOF衍生Bi2O3/C中空纳米纤维作为负极具有出色的比容量(1A/g时为1420F/g),显示出优异的循环性能(4000次循环后保持率达92.21%),而NiCo-MOF衍生NiCo2S4中空纳米纤维作为正极时也具有优异的比容量(1A/g时为2656F/g),在4000次充放电循环后其容量保持率为92.11%。由这两个电极组装的ASC装置显示出85.38 W h kg-1的高能量密度和出色的循环性能,10,000次循环后保留率为80%。因此,这项工作不仅通过实验证明了MOF衍生Bi2O3/C和NiCo2S4是ASCs的理想电极材料,而且为合理设计并制备具有独特中空纳米纤维结构的其他储能电极材料提供了一种有效的途径。
图1.(a)Bi2O3/C NFs的XRD图;(b)Bi2O3/C NFs的EDS光谱;(c-f)Bi2O3/C NFs的XPS光谱:(c)全扫描光谱,(d)Bi4f,(e)O1s,和(f)C1s峰。
图2.(a)NiCo2S4 NFs的XRD图;(b)NiCo2S4 NFs的EDS光谱;(c-f)NiCo2S4 NFs的XPS光谱:(c)全扫描光谱,(d)Co2p,(e)Ni2p,和(f)S2p峰。
图3.(a)Bi@PAN NFs的SEM图像;(b)Bi-MOF@PAN NFs的SEM图像;(c)Bi2O3/C NFs的SEM图像;(d)Bi2O3/C NFs的TEM图像;(e)Bi2O3/C NFs的HRTEM图像和SAED图;以及(f-i)Bi2O3/C NFs的元素图。
图4.(a)NiCo@PAN NFs的SEM图像;(b)NiCo-MOF@PAN NFs的SEM图像;(c,d)NiCo2S4 NFs的SEM图像;(e)NiCo2S4 NFs的TEM图像;(f)NiCo2S4 NFs的HRTEM图像和SAED图;以及(g-j)NiCo2S4 NF的元素图。
图5.(a)Bi2O3/C NFs和Bi2O3/C-1 NFs在5mV/s下的CV曲线;(b)Bi2O3/C NFs在不同扫描速率下的CV曲线;(c)Bi2O3/C NFs在不同电流密度下的GCD曲线;(d)根据Bi2O3/C NFs和Bi2O3/C-1 NFs的GCD曲线计算的比容量;(e)Bi2O3/C NFs和Bi2O3/C-1 NFs的EIS光谱;(f)Bi2O3/C NFs和Bi2O3/C-1 NFs经4000次循环的循环性能。
图6.(a)NiCo2S4 NFs和NiCo2S4-1 NFs在5mV/s下的CV曲线;(b)NiCo2S4 NFs在不同扫描速率下的CV曲线;(c)NiCo2S4 NFs在不同电流密度下的GCD曲线;(d)根据NiCo2S4 NFs和NiCo2S4-1 NFs的GCD曲线计算的比容量;(e)NiCo2S4 NFs和NiCo2S4-1 NFs的EIS光谱;(f)NiCo2S4 NFs和NiCo2S4-1 NFs经4000次循环的循环性能。
图7.NiCo2S4 NFs//Bi2O3/C NFs ASC装置:(a)ASCs仿真图;(b)ASC装置在不同扫描速率下的CV曲线;(c)不同电流密度下的GCD曲线;(d)在10A/g下进行10,000次循环的循环性能;(e)ASC装置的功率密度和能量密度;(f)装置打开灯的图片。