Page 33 - 《精细化工》2021年第12期
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第 12 期 郑贤宏，等: 纤维状柔性超级电容器的研究进展 ·2395·
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材料，即“Biscrolling”方法 ，提供了一种 CNT 器的发展仍面临以下问题：（1）如何在不恶化 CNT
纤维结构改性和电化学性能提升的新思路。 纤维机械性能和导电性能的前提下，提高赝电容材
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CHOI 等 通过“Biscrolling”方法，将 CNT 和 料的负载量及其利用率；（2）开发更多诸如 MXene
MnO 2 粒子复合，制备了一种 MnO 2 负载量可达 93% 的高导电、高赝电容活性材料，对 CNT 纤维进行改
的 CNT/MnO 2 复合纤维（图 2a），制备的纤维电容 性；（3）纤维的倍率性能仍需要通过结构调控来进
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器在 2 mA/cm 电流密度下，比电容和能量密度可分 一步提升。
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别高达 888.7 mF/cm （166 F/g，154.7 F/cm ）和 1.3 CNT 纤维基非对称超级电容器
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35.8 μW·h/cm ，优异的电化学性能主要归因于其大 根据电容器能量密度计算公式 E=1/2 CV 〔式
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的比表面积以及卷状结构可以提供从纤维表面到内 中：E 为能量密度，μW·h/cm （mW·h/cm )；C 为比
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部连续的电子和离子传输通道。此外，LEE 等 [11] 还 电容，mF/cm （F/cm ）；V 为电势窗，V〕，电容器
通过气相聚合的方法在 CNT 表面沉积 PEDOT，并 的能量密度与比电容、电势窗的平方成正比。因此，
结合“Biscrolling”方法制备了 PEDOT/CNT 纤维 扩展电容器的电势窗口可以大幅提高电容器的能量
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（图 2b），该纤维电容器的比电容高达 179 F/cm ， 密度。最普遍的方法是通过电极材料的非对称配置，
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能量密度为 1.4 mW·h/cm ，功率密度可达 40 W/cm ， 制备非对称超级电容器。大量的研究工作集中在非
并具有优异的倍率性能和超长的循环寿命。 对称 CNT 纤维状超级电容器的制备 [18-23] 。
WANG 等 [12] 采用“Biscrolling”方法，将质量分 SUN 等 [24] 利用 RGO/MWCNT 纤维作为负极，
数 98% MXene 与 CNT 复合，制备了 MXene/CNT MoS 2 -RGO/MWCNT 作为正极，组装的纤维电容器
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复合纱，如图 2c 所示，在 2 mA/cm 电流密度下， 的电势窗可以扩展到 1.4 V，电容器的能量密度高达
质量分数为 97.4% MXene/CNT 复合纱的比电容高 2 mW·h/cm 。ZHANG 等 [25] 制备了一种基于 CNT 纤
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达 3188 mF/cm（1083 F/cm ，428 F/g，118 mF/cm）， 维的同轴非对称纤维电容器，见图 3a。该电容器以
这也是目前文献报道的线性超级电容器的最高值。
氮化钒纳米线阵列/CNT 纤维（VN@C NWAs）为负
MXene/CNT 复合纤维超高的比电容主要归因于其 极，MnO 2 /PEDOT∶聚苯乙烯磺酸盐（PSS）/CNT
较大的比表面积、MXene 较高的赝电容以及纤维轴
纤维为正极，以 Na 2 SO 4 /聚乙烯醇（PVA）作为固态
向和径向的高效电子和离子传递。 电解液，电容器的电势窗可达 1.8 V。其组装的非对
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称纤维电容器具有超高的比电容（213.5 mF/cm ）
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和能量密度（96.07 μW·h/cm ），并呈现优异的柔韧
性和循环稳定性。此外，SUN 等 [23] 还通过水热反应
在 CNT 纤维表面生长类似蒲公英形状的钼钴镍三
元金属氧化物（MNCO）阵列 CNT 纤维作为超级电
容器的正极，通过水热处理和热处理在 CNT 纤维表
面生长 VN 纳米线阵列，制备的 VN NWAs/C 纤维
作为负极，以 KOH/PVA 胶体电解液组装为全固态
非对称超级电容器，见图 3b，其电势窗可扩展到
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1.6 V，比电容高达 233.7 mF/cm （62.3 F/cm ），能
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量密度为 22.2 mW·h/cm （83.1 μW·h/cm ），其优异
的电化学性能主要归因于 MNCO 和 VN 较大的比表
面积和赝电容活性。
LIU 等 [20] 通过水热反应在 CNT 纤维表面生长
NiCo 2 S 4 纳米线和 VN 纳米片，并分别作为正极和负
极，如图 3c 所示，制备的非对称超级电容器（AFSC）
图 2 基于“Biscrolling”方法制备的 MnO 2 /CNT 纤维 3
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（a） 、PEDOT/CNT 纤维（b） 及 MXene/CNT 的电势窗为 1.6 V，能量密度可达 30.64 mW·h/cm ，
纤维（c） [12] 远超过 4 V/(500 μA·h)薄膜锂电池的能量密度。WANG
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Fig. 2 MnO 2 /CNT fiber (a) , PEDOT/CNT fiber (b) [11] and 等 [12] 通过“Biscrolling”方法制备的 MXene/CNT 纱
MXene/CNT fiber (c) [12] based on “Biscrolled” method
线（BMX）和 RuO 2 /CNT 纱线（BRU）分别作为负
虽然赝电容活性材料超高的能量密度可大幅提 极和正极，组装为非对称超级电容器，如图 3d 所
升 CNT 纤维的电化学性能，但 CNT 纤维基赝电容 示 ， 其能量密度和功率密度高达 61.6 mW·h/cm 3
