产业气象站|碳纤维在柔性超级电容器中的研究进展随着便携式和可穿戴智能电子产品的快速

随着便携式和可穿戴智能电子产品的快速发展，其对储能器件的要求越来越高，传统的超级电容器难以满足其需求，柔性超级电容器因其具有轻便、可弯折以及良好的循环稳定性，成为新一代有巨大潜力的储能器件。本文介绍了超级电容器以碳纤维在柔性超级电容器的研究进展，总结了柔性超级电容器存在的问题并提出了展望。
电极材料是决定超级电容器性能好坏的关键，如何兼顾活性电极的柔性化和高能量密度是一个难点。碳材料在硬度、光学特性、耐热性、导电性等方面都优异于其他材料，非常适合作为柔性超级电容器的基础电极材料。其中碳纤维具有良好的导电、导热性，以及优异的化学稳定性，受到研究者们的广泛关注。通过不同的结构设计能够将电极、电解质、柔性基板更好的结合，一方面能够保证柔性超级电容器的灵活性，另一方面也能提高柔性超级电容器的储能。

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【产业气象站|碳纤维在柔性超级电容器中的研究进展】碳纤维作为一种碳含量在95%以上的新型纤维材料，对比传统的玻璃纤维，它耐腐蚀性强，质量比金属铝轻，强度比钢铁高，具有外柔内刚的特点。纤维状的碳材料如碳布和纳米纤维纸等兼顾良好的导电性和柔韧性，常用于制备柔性超级电容器的电极。纤维状超级电容器具有能量密度低的缺点，这也常常限制了它的应用，碳纤维作为电极材料也不例外。
为了提高能量密度可以通过工作电势窗口、比电容最大化两种方法。使用有机电解质或者离子电解质可以提高电导率，组装非对称超级电容器可以有效提高电势窗口。 MoO3的功函数高达6.9eV ，可用作正极， MnO2的功函数4.4eV ，可用作负极。由于正负电极功函数相差较大，可以有效增大电势窗口电压。对于提高比电容，可以采取与赝电容材料复合，产生赝电容效应，提高电极材料的储存能力。碳纤维常常作为柔性基底，在其表面沉积生长金属氧化物或导电聚合物，作为电极材料。 Zheng等人制备了改性氮掺杂碳纤维布电极，展现了优秀的电化学性能，为大规模制备高性能碳纤维电极材料提供了一条简便而有效的途径。 Li等人通过电沉积法在碳纤维布上生长的镍-钴层状双氢氧化物，该电极在1A/g的电流密度下具有1540F/g的高比电容。
柔性超级电容器的关键在于高性能与良好柔韧性的电极。碳纤维的优异物理化学性能和可编织性，非常适合作为柔性超级电容器的电极。碳纤维电极的问题是能量密度低，可以通过扩大电势窗口和增大比电容来提高能量密度。碳纤维与不同的金属氧化物的复合增加了储存能力，使用有机、离子电解质可以电导率，不同的金属氧化物功函数不同，组装非对称超级电容器可以扩大电势窗口电压。
总之，碳纤维等纳米碳材料在柔性超级电容器中有着广阔的应用前景，但仍有一些问题需要思考与解决，如：
（1）柔性超级电容器性能没有建立统一评判标准。
（2）纳米碳材料价格总体偏贵，目前还难以用于工业化生产。
（3）应该不断探寻新的电化学性能优异的材料；从细微处分析储能机理，对现有材料进行改进；还可以针对应用场合的不同，对超级电容器结构进行改进。
文章来源：知网（杜永权，陈建文，肖鹏，碳纤维在柔性超级电容器中的研究进展[J] ，科技视界， 2020 ， 22：153-154.）
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