Redox active covalent organic framework-based conductive nanofibers for flexible energy storage device

材料科学 纳米纤维 超级电容器 碳纳米管 纳米技术 碳纳米纤维 电解质 储能 电极 电化学 化学工程 化学 工程类 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Xueying Kong,Shengyang Zhou,Maria Strømme,Chao Xu
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:171: 248-256 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2020.09.003
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) constitute a family of crystalline porous polymers that are being studied for electrochemical energy storage. However, their low electrical conductivity and poor processability have largely limited their electrochemical performances and practical applications. Here, we develop an interfacial synthesis method to grow few-layered 2D redox-active COFs (DAAQ-TFP COF) on the surface of carboxylated carbon nanotubes (c-CNTs) in order to fabricate core-shell [email protected] nanofibers, for which the thickness and the morphology of the COF nanolayers can be finely controlled. When using the [email protected] as electrode material, the tailored nanostructure with high electrical conductivity allows efficient electron transfer, while the few-layered structure of the COF promotes fast electrolyte ion diffusion in the near-surface region, which results in an efficient utilization of the redox active sites in COF. More significantly, [email protected] with nanofibrous structure show good processability and can be assembled into freestanding and flexible nanopapers with the assistance of Cladophora cellulose. Given the good electrochemical performance and excellent flexibility, the nanopaper electrodes are assembled into flexible hybrid capacitors, showing high areal capacitance and extremely long lifetime. This study provides a new pathway for the development of next generation sustainable and flexible energy storage devices based on COFs and cellulose materials.
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