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隨著便攜式和可穿戴智能電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，其對(duì)儲(chǔ)能器件的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的超級(jí)電容器難以滿(mǎn)足其需求，柔性超級(jí)電容器因其具有輕便、可彎折以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性，成為新一代有巨大潛力的儲(chǔ)能器件。本文介紹了超級(jí)電容器以碳纖維在柔性超級(jí)電容器的研究進(jìn)展，總結(jié)了柔性超級(jí)電容器存在的問(wèn)題并提出了展望。
電極材料是決定超級(jí)電容器性能好壞的關(guān)鍵，如何兼顧活性電極的柔性化和高能量密度是一個(gè)難點(diǎn)。碳材料在硬度、光學(xué)特性、耐熱性、導(dǎo)電性等方面都優(yōu)異于其他材料，非常適合作為柔性超級(jí)電容器的基礎(chǔ)電極材料。其中碳纖維具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，受到研究者們的廣泛關(guān)注。通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)㈦姌O、電解質(zhì)、柔性基板更好的結(jié)合，一方面能夠保證柔性超級(jí)電容器的靈活性，另一方面也能提高柔性超級(jí)電容器的儲(chǔ)能。
碳纖維作為一種碳含量在95%以上的新型纖維材料，對(duì)比傳統(tǒng)的玻璃纖維，它耐腐蝕性強(qiáng)，質(zhì)量比金屬鋁輕，強(qiáng)度比鋼鐵高，具有外柔內(nèi)剛的特點(diǎn)。纖維狀的碳材料如碳布和納米纖維紙等兼顧良好的導(dǎo)電性和柔韌性，常用于制備柔性超級(jí)電容器的電極。纖維狀超級(jí)電容器具有能量密度低的缺點(diǎn)，這也常常限制了它的應(yīng)用，碳纖維作為電極材料不例外。
為了提高能量密度可以通過(guò)工作電勢(shì)窗口、比電容大化兩種方法。使用有機(jī)電解質(zhì)或者離子電解質(zhì)可以提高電導(dǎo)率，組裝非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器可以有效提高電勢(shì)窗口。MnO3的功函數(shù)高達(dá)6.9eV，可用作正極，MnO2的功函數(shù)4.4eV，可用作負(fù)極。由于正負(fù)電極功函數(shù)相差較大，可以有效增大電勢(shì)窗口電壓。對(duì)于提高比電容，可以采取與贗電容材料復(fù)合，產(chǎn)生贗電容效應(yīng)，提高電極材料的儲(chǔ)存能力。碳纖維常常作為柔性基底，在其表面沉積生長(zhǎng)金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔铮鳛殡姌O材料。研究人員制備了改性氮摻雜碳纖維布電極，展現(xiàn)了優(yōu)秀的電化學(xué)性能，為大規(guī)模制備高性能碳纖維電極材料提供了一條簡(jiǎn)便而有效的途徑。研究人員通過(guò)電沉積法在碳纖維布上生長(zhǎng)的鎳-鈷層狀雙氫氧化物，該電極在1A/g的電流密度下具有1540F/g的高比電容。
柔性超級(jí)電容器的關(guān)鍵在于高性能與良好柔韌性的電極。碳纖維的優(yōu)異物理化學(xué)性能和可編織性，非常適合作為柔性超級(jí)電容器的電極。碳纖維電極的問(wèn)題是能量密度低，可以通過(guò)擴(kuò)大電勢(shì)窗口和增大比電容來(lái)提高能量密度。碳纖維與不同的金屬氧化物的復(fù)合增加了儲(chǔ)存能力，使用有機(jī)、離子電解質(zhì)可以電導(dǎo)率，不同的金屬氧化物功函數(shù)不同，組裝非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器可以擴(kuò)大電勢(shì)窗口電壓。
總之，碳纖維等納米碳材料在柔性超級(jí)電容器中有著廣闊的應(yīng)用前景，但仍有一些問(wèn)題需要思考與解決，如：
（1）柔性超級(jí)電容器性能沒(méi)有建立統(tǒng)一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。
（2）納米碳材料價(jià)格總體偏貴，目前還難以用于工業(yè)化生產(chǎn)。
（3）應(yīng)該不斷探尋新的電化學(xué)性能優(yōu)異的材料；從細(xì)微處分析儲(chǔ)能機(jī)理，對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行改進(jìn)；還可以針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，對(duì)超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。