Flexible carbon fiber/reduced-TiO2 composites for constructing remarkable performance supercapacitors

超级电容器 电容 密度泛函理论 材料科学 功率密度 电导率 蜂巢 碳纤维 二氧化钛 化学工程 复合材料 电极 纳米技术 化学 功率(物理) 物理化学 计算化学 物理 热力学 工程类 复合数
作者
Rui Huang,Jun Zhang,Zhenbiao Dong,Hualin Lin,Sheng Han
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:550: 232169-232169 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232169
摘要

In this paper, we synthesize honeycomb structure titanium dioxide (TiO2) grafted with carbon fiber (CF) composites (CF/TiO2) for flexible supercapacitors (SCs), which evidently boosts specific surface areas (SSA) of CF. In addition, we put forward an effective strategy for enhancing conductivity of TiO2 relying on construction of oxygen defects in NaBH4 solution. Amazingly, the reduced-TiO2 supporting on CF electrode (CF/R–TiO2) obtains from optimum conditions (2 M 4h) and exhibits the highest specific capacitance of 115.2 F g−1 at 1200 mA g−1, suggesting ultra-utilization of R–TiO2 for SC. Interestingly, its capacitance retention still remains 98.37% after 10000 cycles, which declares prominent cycling stability. Furthermore, we conduct density functional theory (DFT) analysis to reveal the enhancement mechanism of R–TiO2. With the reduction process, Fermi energy (EF) can obviously move conduction band (CB), which indicates increments of electronic conductivity of TiO2. Moreover, the aqueous symmetric SC based on CF/R–TiO2 (CF/R–TiO2-SC) expresses a high energy density of 49.6 Wh kg−1 at a power density of 1440 W kg−1. Meanwhile, the all-solid-state flexible supercapacitor (CF/R–TiO2-AFSC) further presents favorable flexibility in tested bending angles. Our results demonstrate that CF/R–TiO2 is provided with introduction of oxygen defects and honeycomb structure, which might have tremendous potential for SC.
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