Page 38 - 《精细化工》2021年第12期

·2400· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

密度下比电容可高达 634.5 F/g；此外，将其作为超 电化学方法在碳纤维表面沉积 PANI 纳米棒，作为
级电容器的正极，表面涂覆石墨烯的碳纤维作为超 超级电容器的正极，将碳纤维进行氧化热处理，作
级电容器的负极，采用 PVA/LiCl 胶体电解液组装为 为超级电容器的负极，利用 PVA/H 3 PO 4 胶体电解液
全固态非对称超级电容器，如图 6b 所示，其电势窗 加捻为非对称超级电容器（FASC）（图 6c），其电势
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可扩展到 1.5 V，整个电容器的比电容为 87.1 F/g， 窗可高达 1.6 V，能量密度可高达 2 mW·h/cm ，最
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并具有超高的能量密度 27.2 W·h/kg。JIN 等 [50] 通过 高功率密度为 11 W/cm 。

a—PPy-MnO 2-CF 对称超级电容器 [49] ；b—MnO 2-CF 和石墨烯-碳纤维非对称超级电容器 [51] ；c—CFT@PANI/功能化 CFT 非对称超级电容器 [50]
图 6 赝电容活性材料改性碳纤维超级电容器及非对称超级电容器
Fig. 6 Pseudocapacitive materials modified carbon fiber supercapacitors and asymmetric supercapacitor

碳纤维虽然具有较好的导电性，但是纤维表面 纤维状超级电容器在智能可穿戴领域具有广泛的应
结构致密，离子可及的比表面积较小，使得纤维具 用潜力。例如，在橡胶纤维表面包覆 CNT 阵列并涂
有较小的比电容。虽然通过表面沉积过渡金属氧化 覆胶体电解液，在橡胶纤维表面串联 1000 个超级电
物和导电高分子以及非对称碳纤维基超级电容器的 容器单元，其输出电压可高达 1000 V，并可以为小
开发使得碳纤维的能量密度得到较大提升，但是活 型低功率电子器件供能 [58] 。
性材料的负载量较低，碳纤维基超级电容器的能量 4.1 基于纤维状太阳能电池和超级电容器的自充
密度仍然难以满足实际应用要求。因此，未来碳纤 电织物
维超级电容器的研究可以集中在以下两个方面： CHAI 等 [59] 制备了一种基于 N719 的纤维状染
（1）通过孔径工程、杂原子掺杂和赝电容活性 料敏化太阳能电池（DSSC）和纤维超级电容器构成
材料混杂等策略组合，多方面综合提升碳纤维电化 的自充电织物，如图 7a 所示，其可以收集环境中的
学性能。 太阳能并转换为电能储存在超级电容器中。然而，
（2）开发高性能赝电容活性材料，并与碳纤维 由于其中纤维状染料敏化太阳能电池极低的光电转
进行复合，制备非对称碳纤维基超级电容器。 化效率（0.7%），导致自充电织物超低的总能量转化
效率；通过进一步提升自充电纤维中染料敏化太阳
4 纤维状超级电容器的应用
能电池的光电转化效率至 4%，可以将总能量转化效

纤维状超级电容器作为一种典型的一维柔性能 率提升至 1.2%~1.5%（图 7b） [60-61] 。然而，由于能
量储存器件，具有纺织纤维的可纺可织的特点，可 量储存单元和能量收集单元外部电路连接造成阻抗
以通过串并联提高其输出电压或比电容，因此可以 损失，导致自充电纺织品较低的能量转化效率。通
单独作为柔性可穿戴能量源。此外，纤维超级电容 过将纤维状太阳能电池和纤维状超级电容器共用一
器还可以和能量收集装置（织物纳米发电机、太阳 个电极，即光电容器技术，可以避免上述问题并提
能电池等）进行集成，制备自供电能量织物。因此， 高自充电纺织品的能量转化效率。