Nitrogen-Doped Carbon Nanospheres Dispersed within Graphene Oxide to Fabricate Composite Fibers for High Performance Flexible Supercapacitors

石墨烯 超级电容器 材料科学 复合数 氧化物 兴奋剂 碳纤维 纳米技术 化学工程 复合材料 电容 光电子学 化学 电极 冶金 物理化学 工程类
作者
Xianghui Yu,Xuhao Qin,Ziyan Zhao,Shuai Liu,Ruliang Zhang,Lei Liu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (4): 1935-1943
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c06469
摘要

Fiber-shaped supercapacitors have garnered significant interest in the field of flexible and wearable energy storage devices. Herein, a "ball bearing" structured nitrogen-doped hollow carbon spheres/graphene composite fiber is designed by integrating nitrogen-doped hollow carbon spheres into graphene sheets. The nitrogen-doped hollow carbon spheres promote the interfacial slip between graphene sheets during the stretching process, and a remarkable toughness of 4.5 MJ m–3 and a fracture strain of 16.38% are obtained. Due to the hierarchical mesoporous structure, elevated specific surface area, and N and O groups introduced by the nitrogen-doped hollow carbon spheres, the optimal nitrogen-doped hollow carbon spheres/graphene composite fiber electrode demonstrates distinctive specific capacitance (367 F cm–3 at 0.5 A cm–3) and excellent rate performance (retaining 65.61% capacity from 0.5 to 2 A cm–3). Furthermore, the symmetric all-solid-state supercapacitor attains a peak energy density of 24.99 mW h cm–3 and a volumetric power density of 822 mW cm–3. These NHCS/GF composite fibers hold tremendous potential for practical applications in wearable devices, flexible electronics, and smart textiles.

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