Page 34 - 《精细化工》2021年第12期

·2396· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

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（168 μW·h/cm 和 8.4 μW·h/cm）、5428 mW/cm 3 密度，但是正负极纤维电极需要经过严格的匹配，
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（14.8 mW/cm ，741 µW/cm）。虽然非对称电极结构 包括电势窗口匹配和电荷匹配，以充分提高电荷的
配置可以通过扩展电势窗口提高 CNT 纤维的能量 利用率。

图 3 基于 MnO 2 /PEDOT∶PSS@CNT 和 VN@C NWAs 纤维的非对称超级电容器（a） [25] 、基于 MNCO/CNT 纤维和
VN NWAs/C/CNT 纤维的非对称超级电容器（b） [23] 、基于 NiCo 2 S 4 @CNT 纤维和 VN@CNT 纤维的非对称超级
电容器（c） [20] 及基于 MXene@CNT 纱线和 RuO 2 @CNT 纱线的非对称超级电容器（d） [12]
Fig. 3 Schematic illustration of asymmetric CNT fiber-shaped supercapacitors assembled by MnO 2 /PEDOT∶PSS@CNT
and VN NWAs@C NWAs fiber electrode (a) [25] , MNCO/CNT fiber and VN NWAs/C/CNT fiber (b) [23] , NiCo 2 S 4 @
CNT fiber and VN@CNT fiber (c) [20] as well as MXene@CNT yarn and RuO 2 @CNT yarn (d) [12]

CNT 纤维作为电极材料具有较高的拉伸强度和 要应用于能源领域，包括超级电容器、锂电池和染
电导率、较好的柔韧性和可编织性以及易复合改性 料敏化太阳能电池。虽然石墨烯具有超高的比表面
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的优势，然而，在宏观组装纤维过程中 CNT 形成集 积（2630 m /g），然而在组装为宏观石墨烯纤维的过
聚体，比表面积大幅降低，导致纯 CNT 纤维具有较 程中，很强的分子间作用力使其很容易团聚，形成
低的比电容和能量密度。虽然，通过与其他赝电容 较大的石墨微晶结构，导致石墨烯纤维具有极低的
活性材料复合以及非对称电极结构配置可以使 CNT 比表面积（13.4~35.8 m /g），这极大地限制了溶剂
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纤维的电化学性能得到较大提升，但纤维的能量密 化离子的传递和存储，因此，纯石墨烯纤维具有较
度仍难以满足柔性智能可穿戴电子器件的要求。因 低的比电容和能量密度。针对上述问题，通常石墨
此，CNT 纤维电极孔洞结构优化、高赝电容活性材 烯纤维的改性方法包括制备多孔石墨烯纤维和石墨
料的开发，以及纤维径向离子传输和轴向电子传递 烯基赝电容器。
调控，仍是未来 CNT 纤维超级电容器研究的方向。 2.1 多孔石墨烯基纤维超级电容器

2 石墨烯纤维基超级电容器 多孔石墨烯纤维的制备主要是通过在石墨烯纤
维制备过程中与其他碳纳米材料（如 CNT、炭黑、
石墨烯纤维是由石墨烯片层作为基本结构单元 碳量子点等）进行复合 [26-31] 来制备基于石墨烯的碳
宏观组装的纤维，通常是由氧化石墨烯纤维经化学 质复合纤维；或通过表面等离子体处理 [32] 、表面活
还原或高温炭化而成。石墨烯纤维具有比 CNT 纤维 化 [26] 、交替沉积技术 [33] 、粗糙喷丝孔配置 [34] 、微凝
更低的成本、更高的导热系数。然而，宏观组装过 胶纺丝等 [35] ，在石墨烯纤维表面构造多孔炭化酚醛
程中更多的边缘缺陷和更低的晶区取向导致石墨烯 树脂 [36] ，在石墨烯纤维表面构造分层多孔结构；或
纤维的拉伸强度低于 CNT 纤维。目前石墨烯纤维主 采用多孔石墨烯和氧化石墨烯复合纺丝 [37] ，在纤维