Small:碳基纤维电极微结构设计助力可编织超级电容器

近年来,电子织物(e-textiles)在医疗保健、运动康复训练以及军事等领域具有广阔的应用前景。电子织物能巧妙地集成各种功能性电子元件,兼具普通衣服的变形性、透气性和舒适性。随着纳米科技的快速发展,越来越多的电子器件可被设计成纤维状,并利用成熟的纺织技术编织成电子织物。纤维状能源存储器件,作为驱动织物中各类电子元件的能源供给系统,对于电子织物的发展具有重要的意义。

碳基纤维(如碳纤维、石墨烯纤维、碳纳米管纤维等)具有穿戴舒适、质轻、高强、柔韧等特点,是用于超级电容器理想的电极材料。然而,基于电双层电容(EDLC)储能机理的纯碳基纤维通常表现出较低的电容量及能量密度。针对这一问题,研究人员提出将赝电容(Pseudocapacitance)材料与碳基纤维杂化,进而提升纤维电极电化学性能的策略,并已取得了相当的研究成果。

近日,南京工业大学先进材料研究院黄维院士团队的孙庚志教授课题组总结了可穿戴/可编织纤维基超级电容器的最新进展,重点关注了碳基纤维电极的制备方法及微结构设计策略。文章首先对碳纤维、石墨烯纤维、以及碳纳米管纤维的制备方法和微观结构进行了详细的阐述,并总结了这些碳基纤维的功能化方法及杂化纤维的微结构特征。最后,作者指出开发能够与传统纺织技术有机结合的杂化碳基纤维制备方法、匹配纤维电极在正负电位区间的电化学性能、以及建立纤维器件性能评估标准将有助于解决可穿戴/可编织纤维超级电容器实际应用所面临的挑战。

相关工作发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202000653)。论文第一作者为南京工业大学先进材料研究院博士生俞晨阳(代表作:Small Methods (2020), 1900824; Carbon, 157, (2020), 106; Small, 4, (2018), 1801203等)和暨南大学光子学技术研究所安佳宁教授(代表作:ACS Nano, 13, (2019), 13293; Advanced Science, 5, (2018), 1800496等)。