柔性紡織纖維基超級電容器研究進展

聶文琪， 孫江東， 許 帥， 鄭賢宏， 徐珍珍

(1. 安徽工程大學 紡織服裝學院， 安徽 蕪湖 241000； 2. 青島大學 省部共建生物多糖纖維成形與生態紡織國家重點實驗室， 山東 青島 266071)

物聯網是實現物與物、物與人的泛在連接，是碎片化、微小化的信息收集及信息讀取系統。物聯網的發展促使紡織服裝行業技術革新，可穿戴紡織品孕育而生。可穿戴紡織品是將傳感器、微電子器件與紡織品結合實現服裝的功能化、智能化,因此，開發適合紡織服裝的柔性電源是實現智能紡織品產業化的重要研究方向之一[1-2]。

近些年，柔性電源的研發受到廣大學者的關注，如柔性電池、柔性超級電容器等研究成果相繼報導。為實現電源的柔性化，大多數研究人員采用柔性基體如較薄的金屬片、泡沫鎳以及織物等，通過負載活性物質得到柔性電極，再將電解液注入并采用類電池封裝工藝制備柔性電源器件，最后通過縫制技術將柔性電源縫合在紡織品上。這種方法不僅制備工藝復雜且柔性電源與紡織品結合牢度較低，難以保持服裝的整體一致性，降低了服裝美觀度。因此，開發滿足服用要求的柔性電源成為需要解決的重要問題。

超級電容器具有功率密度高(大于10 kW/kg)、充放電快和循環壽命長(大于1×105次充放)等特點。纖維基超級電容器(本文簡稱纖維超電)維度低、活性物質負載均勻，可通過同軸紡絲技術一次成型，解決了傳統超電剛性大、體積比電容低、組裝工藝復雜、難以與柔性產品集成等問題，是柔性微電子元件供能單元的最佳選擇之一。此外，纖維超電還可利用紡織加工技術將纖維織入到織物中，實現柔性電源與紡織品的高度集成。故纖維超電在可穿戴電子產品、智能服裝、微電子供能、電驅動等領域具有潛在的應用價值。

纖維超電的構成簡單，由2根纖維電極及電解液組成。其結構有3種形式[3]：平行排列結構、加捻卷繞結構、同軸結構。纖維超電工作機制與其他類型的超電一致，根據儲能機制不同可以分為2種：雙電容纖維超電及贗電容纖維超電。前者是在外電場作用下電解液離子在電極表面定向排列構成雙電層存儲電荷量。后者通過物理電荷吸附作用及化學反應產生的電子存儲電荷量。

現階段纖維超電的制備通常有2種方式：一種是利用紡絲技術、加捻技術及炭化工藝獲取高比表面積的高性能碳纖維，利用纖維的高比表面積與電解液形成的雙電層存儲能量，得到高比容量的纖維超電；另一種是以紡織纖維作為基體，將碳纖維材料、導電高分子材料、無機氧化物等材料負載在纖維表面，使普通紡織纖維改性為儲能纖維。二者均具有各自的優勢與不足，前者由于活性物質本身就是基體材料，故能量存儲較高，但纖維的力學性能較差，難以滿足后道紡織加工對纖維強力的要求，可織性較差，與紡織品融合度差。此外，該類型纖維生產成本較高，普適性較差。故提高高性能纖維的力學性能降低生產成本是該類型纖維超電需要研究的重點內容。后者以普通紡織纖維為基體保證了后道加工工藝對紡織材料力學性能的要求，較易加工生產，與紡織品融合度高，整體一致性強，但由于基體材料占據纖維的主體，活性物質含量較低，導致其能量存儲相對較低，故提高紡織纖維活性物質的負載量及開發更適合紡織纖維的活性物質成為重點研究的內容。本文對現階段纖維超電的研發方式和不同制備方法的優缺點進行總結，以期為纖維超電在能量存儲、比電容等方面的研究提供參考。

1 碳纖維基超級電容器

現階段碳纖維基超電的實現主要有2種方式：一種是利用前驅體纖維通過炭化及后處理制備纖維超電；另一種是利用碳納米材料通過紡絲及活性物質負載獲得。前者是將天然纖維、化學纖維通過高溫(500～1 000 ℃)炭化；后者是將碳材料(如碳納米管(CNTs)、石墨烯)通過化學氣相沉積(CVD)或者化學剝離的方式得到碳原子陣列，再利用紡絲的方法將陣列集成形成纖維，或者利用濕法紡絲的方式將碳材料直接在適當的凝固浴中結晶形成纖維。

1.1 前驅體炭化制備纖維基超級電容器

碳纖維基超電的傳統制備方法是將纖維前驅體進行炭化得到碳纖維，利用碳纖維的導電及多孔結構實現電解液離子與電子的雙電層排布，實現能量存儲。這種類型的纖維超電受炭化條件影響較大，炭化條件將決定纖維的結晶度、取向度、孔尺度、孔隙率、比表面積等，對纖維的雙電層存儲起到決定性的作用。纖維前驅體可以是天然纖維(如棉纖維、麻纖維等[4-5])，天然纖維為基體通過炭化得到的碳纖維具有原料來源廣、可持續性強、制備成本低等特點，但由于前驅體原料長度較短，因此力學性能(如斷裂強度、斷裂強力等)、電學性能(電導率)等較差。而化學纖維(如聚乳酸纖維(PLA)、聚乙烯醇纖維(PVA)、聚丙烯腈(PAN)纖維等[6-8])由于纖維長度、紡絲參數可控，纖維強度高、連續性較好等特點，作為前驅體通過炭化得到的碳纖維具有較高的力學性能。炭化過程通過前驅體的熱分解，同時伴隨著相鄰碳鏈的耦合，消除了纖維主鏈上大部分的氧、氮和氫元素，最終形成高性能碳纖維。此外，炭化溫度對纖維力學性能影響較大，研究表明，炭化溫度越高，纖維的石墨化程度越大，纖維的力學性能越好[9]，因此，在炭化前驅體之前，通常進行預氧化處理提高纖維強度。以PAN纖維為例[10]，在200～300 ℃的空氣中進行預氧化可以產生一種穩定的結構。預氧化過程涉及非常復雜的反應，如脫氫、環化、芳構化和交聯等反應，這些反應產生的共軛結構有利于后續炭化過程中確保纖維主鏈不會熔斷。炭化通常在高溫(500～1 000 ℃)的惰性氣氛(如氮氣)中進行，在此期間對原絲施加張力以保持碳鏈的定向排布。炭化后，由于鏈結構的縮合和交聯形成共軛碳網絡，強度、模量和導電率都大大提高。為了進一步提高纖維的導電性及導熱性，將碳纖維在氬氣保護下1 500～3 000 ℃進行石墨化，所得纖維具有更高的強度[11-12]，應用范圍更廣。Kowalewski等[13]將PAN作為前驅體進行自組裝，得到嵌段共聚物，再將該共聚物進行炭化，炭化后材料呈分層孔結構，由于PAN本身含有較多的氮元素，故以此為電極制備的纖維超電比電容可達30 μF/cm2。相比較于前驅體炭化纖維制備纖維超電，以生物材料為基體直接負載活性物質構筑纖維電極，可有效降低制備成本，且具有可降解性。Long等[14]以細菌纖維素(BC)為前驅體先將聚苯胺負載在BC上再進行炭化，利用聚苯胺的氮元素實現對BC的摻雜從而獲得高能量密度的超電，以此為電極所得超電通過電化學性能測試計算可知在1 mol Na2SO4電解液中其能量密度高達63 W·h/kg，并且在5 000次循環充放電后電容保有率高達92%，容量衰減少。為了進一步提高纖維電極儲能性能，采用原子摻雜技術可有效提高其比電容。Si等[15]首次以葡萄糖和人體頭發作為碳前驅體，通過水熱炭化，成功制備了N摻雜微孔碳。通過改變人發添加量調控N與S的摻雜程度。由于N、O、S摻雜的協同作用，制備的微孔碳具有較大的電容性能，以KOH為電解液所得超電比電容高達264 F/g。

1.2 碳納米管纖維基超級電容器

碳納米管纖維包括單壁碳納米管纖維(SWCNT)及多壁碳納米管纖維(MWCNT)，均具有獨特的性能優勢，如高導電性、高電子傳遞速率、比表面積較大等。相對于其他納米材料，成本較低，故廣泛地應用在電極修飾、復合材料領域等。碳納米管纖維可以通過多種工藝制備，如CVD、催化、熱解、濕法紡絲等。基于上述特點，以碳納米管纖維為電極材料構建纖維超電是可行的方法之一。早期碳納米管纖維是通過濕法紡絲的技術獲得。2000年，Poulin等[16]將0.35%的SWCNT與1.0%的十二烷基硫酸鈉(SDS)混合分散，以PVA溶液作為凝固浴，利用濕法紡絲技術制備SWCNT纖維，由于紡絲液在噴絲頭中的剪切應力作用，使得SWCNT在纖維軸向排列，從而獲得SWCNT纖維，通過水洗，將負載在纖維表面的SDS去除，得到純SWCNT纖維。對其性能測試可知該纖維的強度為150 MPa，模量為9～15 GPa，電導率高達10 S/cm。SWCNT纖維在高度彎曲下不會斷裂，表現出比碳纖維更高的韌性。該團隊還將該工藝進行拓展，將碳納米管與表面活性劑穩定分散在PVA水溶液中，將所得分散液噴入凝固浴中(飽和的硫酸鈉溶液)形成纖維，然后將其清洗、干燥、纏繞轉移得到SWCNT纖維。Razal等[17]改進了SWCNT濕法紡絲過程，將SWCNT/SDS在水中分散后作為紡絲液通過噴絲頭噴出，玻璃管中注入PVA溶液并以一定的速度進行流動，當紡絲液進入玻璃管后，立即固化，形成纖維，依托PVA溶液的定向流動，使SWCNT纖維在玻璃管中進行取向拉伸，因此該方法所得纖維力學性能更好。最后，通過丙酮洗滌，干燥，將纖維進行回收。通過測試可知，所得纖維的拉伸強度為1.8 GPa，韌性為570 J/g，與蜘蛛絲的抗拉強度(1.8 GPa)相當，并遠高于蜘蛛絲的韌性(165 J/g)。較高的力學性能是由于纖維在紡絲過程中，PVA在纖維表面成膜，與纖維之間形成較好的界面，在拉伸過程中PVA聚合物鏈伸長，為纖維強力提供了補充。Dalton等[18]將表面活性劑分散的SWCNT注入旋轉的水溶性聚乙烯醇浴中，產生凝膠纖維，洗滌除去聚乙烯醇和表面活性劑后得到 CNTs纖維。將纖維電極與PVA/H3PO4電解質組裝成纏繞型纖維超電的比容量和能量密度分別為5 F/g和0.6 W·h/kg。

除了濕法紡絲外，采用CVD法制備碳納米管陣列，再將該陣列通過抽拔加捻的方式形成纖維也是制備CNT纖維可行的辦法。加捻過程中，碳原子由于范德華力相互作用被固定，片狀陣列通過加捻聚集形成纖維。這種氣相沉積加捻得到的CNT纖維不僅原子排列規整，導電性好，而且在加捻的過程中減少了纖維末端缺陷的數量，使纖維緊緊抱合在一起，增加了纖維的相互作用力，纖維截面尺寸降低，纖維更加致密，從而使纖維的拉伸強度得到了提升。Zhang等[19]開發一種雙卷繞工藝制備不同結構碳納米管纖維，將碳納米管陣列片層兩端分別夾持并雙向加捻形成CNT纖維。該CNT纖維從結構上包含雙螺旋結構，并且可以通過沉積的方式讓各種功能納米顆粒(如氮化硅、二氧化鈦、磷酸鐵鋰、聚苯胺等活性物質)生長在碳納米纖維上，制備多功能碳納米管纖維。

Peng[20]采用一種簡單的方式將導電聚合物聚苯胺(PANI)與CNT纖維結合起來制造高性能纖維型超級電容器。通過三電極體系采用電化學聚合方式將PANI沉積到CNTs纖維的表面。由于導電聚合物和碳納米管的π-π共軛協同效應，所得復合纖維基超電具有274 F/g(263 mF/cm)高比電容性能。在復合纖維中，PANI與CNT結合牢度高、負載均勻性好，提供了較高的比表面積和有效的電荷傳輸途徑。在800次充放電循環后，CNT/PANI纖維超級電容器依舊具有91%的電容保有率，表明其循環穩定性較好。纖維電極儲能性能的提升還可利用過渡金屬氧化物與二維碳材料的復合實現，通過其在電壓窗口內發生可逆的氧化還原反應，增加贗電容性能。Zhang等[21]采用水熱法制備N摻雜還原氧化石墨烯/多壁碳納米管纖維(NGC纖維)，再將MnO2復合在NGC纖維表面制備NGC/MnO2纖維超電，該纖維電流密度為0.5 A/cm3時，比容量達到367.7 F/cm3，5 000次循環充放電后該纖維超電比電容保有初始電容的86.7%，顯示出優異的循環穩定性。將該電極涂覆PVA-LiCl凝膠電解質后得到柔性全固態超級電容器，其體積能量密度為5.9 mW·h/cm3。

1.3 石墨烯纖維基超級電容器

石墨烯是二維片狀碳納米材料，是石墨的單層碳原子層，具有高強、高模、高導電導熱，高比表面積等優異的性能。基于石墨烯優異的理化性能，尤其是其高比表面積、高電導率，是儲能材料中最具前景的活性材料之一。以石墨烯為活性物質制備纖維超級電容器循環壽命好，雙電層電容高，功率密度大。

石墨烯纖維可以通過水熱化學還原、濕法紡絲和吸附等方式制備。石墨烯由于在水溶液中溶解性較差，易于團聚，因此石墨烯纖維的制備通常以氧化石墨烯(GO)作為前驅體構筑GO纖維，再通過化學或高溫還原的方式去除含氧官能團，從而得到石墨烯纖維。2011年，Kim等和Xu等[22-23]揭示了GO分散體在水中的液晶行為，然后將GO分散液作為紡絲液進行濕法紡絲，得到GO纖維，通過化學還原獲得石墨烯纖維。石墨烯纖維的力學和電化學性能受GO尺寸、凝固浴類型、還原方法和退火處理等影響。為了提高純石墨烯纖維的力學強度，Gao等[24]以CaCl2作為凝固浴將大片層尺寸的GO分散液進行濕法紡絲，得到GO纖維，然后將纖維在HI溶液中進行化學還原，得到RGO纖維，該纖維的拉伸強度為502 MPa，導電率為410 S/cm。氧化石墨烯片層尺寸越大，其雙電層排布越規整，儲能效果越好。Xin等[25]通過將不同尺寸的GO進行混合(體積比為7∶3)得到紡絲液進行濕法紡絲，再將制備的纖維通過高溫熱還原去除含氧基團，得到高性能石墨烯纖維，該纖維的抗拉強度為1.08 GPa(還原溫度為1 800 ℃)，電導率為2 210 S/cm(還原溫度為2 850 ℃)。而GO含有大量的親水基團，需通過還原劑去除雜原子重構碳層，提高其導電性能。因此，Gao等[26]以大片層GO為原料濕法紡絲，得到GO纖維用HI還原再以3 000 ℃惰性氣體保護煅燒制備石墨烯纖維，該纖維在高溫煅燒后表現出高度取向結晶，其平均強度為1.78 GPa，平均模量為385 GPa，平均電導率為8 000 S/cm。在此基礎上，Gao等[27]將GO分散液在氮氣保護下紡絲，經冷凍干燥和HI還原，制備的比表面積為884 m2/g、拉伸強度為10.6 MPa的石墨烯氣凝膠纖維。濕法紡絲制備的石墨烯纖維表面較粗糙，縱向易起皺，這是由于紡絲液黏度大，流變性差引起的。為了降低紡絲液黏度，Zhu等[28]用堿處理GO溶液，通過NaOH的加入，破壞了GO的液晶相，實現溶液粘度的降低，從而得到高濃度分散的GO溶液，以此為紡絲液進行濕法紡絲得到的纖維表面更加平整光滑呈現出多孔結構。經還原后該石墨烯纖維表面積高達356～419 m2/g。石墨烯纖維也能通過水熱自組裝法合成，該方法是將GO分散液注入細長的玻璃管、毛細管等，進行干燥后制備而得。Qu等[29]將GO分散體在密閉的毛細管中，經230 ℃，2 h加熱定形，得到RGO纖維，該纖維電導率可達10 S/cm，拉伸強度為180 MPa。此外，熱定形溫度對纖維的強力影響較大，研究表明，在800 ℃加熱2 h后，拉伸強度可提高到420 MPa。Chen等[30]在GO溶液中加入乙二胺和水，制備GO混合紡絲液，利用水熱反應，高溫熱還原制備N摻雜石墨烯纖維，拉伸強度為197 MPa,電導率為12 S/cm，以PVA/H3PO4作為凝膠電解質，制備的超電10 000次循環后，體積能量密度為6.3 mW·h/cm3。以碳材料構筑纖維超電利用碳材料高比表面積通過雙電層排布存儲電荷是當下研究的重點問題，此外較好的纖維結構尤其是微觀孔隙結構，對于降低離子在活性物質中的傳荷位阻、提高電解液離子擴散速率起至關重要，這對提高纖維比能量及循環壽命起到關鍵作用。該方向也是高性能纖維后續研究需要關注的重點內容。

2 紡織纖維基超級電容器

碳納米管/石墨烯纖維雖然具有較高的導電、導熱、高比表面積等性能，但纖維大批量生產較難實現，且纖維的抗彎剛度較差，難以適用于紡織后道工序加工生產，因此，天然纖維為基體制備纖維超級電容器不僅可以依托纖維原有的物理化學性能，還可以滿足后道紡織加工工藝的生產，從而真正實現電子產品儲能元件與紡織品的高度融合，實現微電子產品的可穿戴。

現階段以紡織纖維為基體制備纖維超電主要通過活性物質原位生長的方法將儲能材料與纖維基體結合實現對紡織纖維的改性。所采用的制備工藝主要包括活性物質吸附、水熱合成、化學聚合、電化學聚合、無電沉積技術等。

2.1 天然纖維基超級電容器

以天然纖維為基體制備纖維超級電容器的研究工作也受到許多學者的關注。Ye等[31]先將棉纖維進行清洗，去除棉結、雜質，再以牛血清蛋白(BSA)為表面活性劑，對棉纖維進行改性，將改性的棉纖維作為基體，以GO為活性物質通過浸漬的方式負載在纖維上，BSA的引入可改善GO在纖維表面的吸附均勻性，以HI作為還原劑將GO進行還原，得到RGO/棉纖維電極。聚吡咯(PPy)作為一種導電聚合物，具有制備簡單、無毒無害及導電性好等優點而被廣泛應用，此外聚吡咯中的N原子可有效提高材料的電容性能。因此，Gao等[32]以棉纖維為基體，以MnO2/PPy作為活性材料負載在棉纖維上制備MnO2-PPy-棉纖維電極，該纖維電極比容量高達1.49 F/cm2，并且活性物質負載后纖維的強力，柔性沒有發生變化，可滿足后道紡織加工需求，3 000次循環充放電后電容保有率高達87%，表明該棉纖維電極具有優異的循環穩定性。將該纖維電極進行組裝制備纖維超級電容器，通過電化學性能測試可知，其體積能量密度高達33 μW·h/cm2，功率密度可達0.67 mW/cm2，以此棉纖維超電作為供能器件可為LED顯示屏供電，證明其具有一定的使用價值。PPy雖可提高材料儲能性能，但多次充放電后會膨脹導致容量衰減。為克服這一缺點，王藝穎等[33]先利用 BSA 對棉纖維進行表面改性處理，使GO更多地吸附于棉纖維表面，再將GO還原制得rGO/棉纖維電極，最后加入Py進行化學聚合，制備rGO/PPy/棉纖維電極。利用rGO與PPy的π-π共軛結構，有效限制PPy在充放電時產生的膨脹效應。相比較于導電高分子材料，金屬材料電子遷移率更高，更有利于電子在活性物質中快速移動。Liu等[34]采用無電沉積技術先將金屬鎳(Ni)負載在棉纖維表面，再將GO吸附在纖維表面，利用電化學聚合方式將GO還原成RGO，制備RGO/Ni/棉纖維電極。活性物質的負載并沒有影響棉纖維的力學性質，因此該棉紗可利用紡織加工儀器進行后處理，在電流密度439.6 mA/cm3下經過10 000次充放電循環后，保持初始電容82%。除了棉纖維可作為基體材料制備纖維超電外，麻纖維、毛纖維均可構筑纖維超電用于能源供給。Du等[35]以苧麻纖維為基體，在不同濃度的ZnCl2溶液下，采用一步活化法制備高比表面積纖維電極。在掃描速率為2 mV/s時，纖維超電表現出優異的電化學特性,該纖維電極其最大比容量高達287 F/g，且在1 000次循環充放電下電容保有率高達93%。

2.2 合成纖維基超級電容器

雖然天然纖維的原料豐富、紡紗工藝簡便、綠色環保，但天然纖維本身也存在許多不足，如雜質多、弱節多、活性物質負載不均勻等。而合成纖維可以規避這些缺點，且保留天然纖維許多優異的特點，如強度好、可與活性物質結合、滿足后道紡織工藝生產等特點。因此以合成纖維為基體制備纖維超電成為研究的另一項熱點。

Pan等[36]以PET纖維作為基體，通過水熱反應將CuS原位生長在PET纖維表面，再通過電化學沉積的方式將PANI進行復合制備纖維電極，該方法成功將不導電的PET纖維轉變為導電性較好(19 Ω/cm)，且具有一定儲能性能的纖維電極，PANI/CuS/PET復合纖維電極表現出29 mF/cm2比電容，且在1 000次循環充放電后電容保有率高達93.1%。結果表明，PET纖維表面光滑無雜質，因此活性物質在纖維表面生長均勻，從而提高了其電化學性能。而超電電容大小與活性材料的比表面積及電極電化學反應密切相關，提高電極的比表面積及雜原子摻雜比例可有效提高超電的儲能特性。Li等[37]用水合肼(HH)改性多孔PAN纖維，對PAN進行預氧化、炭化和活化等過程處理。研究表明，所得復合纖維在含氮量為7.82%時，比表面積可達1 963.3 m2/g，比容量為415 F/g。含氮量的增加有利于電解質離子轉移、提高電極表面利用率、改善極化行為。PAN復合纖維電極在電流密度2 A/g，10 000次循環后，其比電容保有率幾乎接近100%，表明10 000次循環充放電容幾乎沒有衰減，儲能穩定性好。同軸紡絲可使活性物質與基體材料共同擠出，一次成形，有效提高活性物質與纖維基材的結合牢度及儲能性能，Yadav等[38]通過濕法紡絲裝置制備空心PAN纖維，將纖維從噴絲頭擠出，經凝固浴定型時，分散在凝固浴中的銀納米顆粒(AgNW)向纖維孔內部擴散，與纖維內表面固著，使AgNW納米顆粒負載在PAN中空纖維內壁上形成復合纖維。當聚合物的濃度為2%時，復合纖維可以達到104 S/cm的高電導率。并且，該中空導電纖維在外力下產生形變，不同形變下其電學性能均高度穩定，電阻幾乎保持不變。將PAN/AgNW復合纖維制備超級電容器，其比容量可達128 F/cm3。將超級電容器彎曲成環形時，其電容和充放電循環穩定性均不發生變化，表明該纖維電極柔性較好，穩定性高。采用紡絲工藝制備纖維電極不僅要考慮電極的儲能性能，更要考慮纖維的力學性能，而不同活性物質的比例關系直接影響復合長絲的力學性能。Chen等[39]以PVA纖維作為基體材料，通過濕法紡絲制備PVA/RGO纖維。當PVA與GO質量比為10∶90時，復合纖維強度最高，為186 MPa。對其電化學性能測試可知，該PVA/RGO復合纖維電極在電流密度為0.223 A/cm3時，比容量高達241 F/cm3，且在0°～180°之間循環彎曲1 000次后，電容保有率仍為97%。通過分析結果可知，PVA/RGO纖維表面被RGO大片層覆蓋，大尺寸的RGO片層有利于電解質離子的快速擴散和有效吸附，從而提高了其電化學性能。除上述表面活性物質負載及直接紡絲制備纖維電極外，采用靜電紡及炭化工藝也可得到性能較好的電極材料。Liu等[40]向PAN中添加乙酰丙酮錳(MnACAC)作為靜電紡絲高聚物溶液，利用靜電紡絲工藝制備納米纖維，再將納米纖維進行熱處理，得到復合納米纖維。結果表明，相比較于純PAN超級電容器的儲能性能，添加MnACAC的復合納米纖維其比容量可從90 F/g提高到200 F/g。通過分析可知，熱處理后，MnACAC轉化為MnO，使MnO顆粒均勻地分布在纖維中產生了贗電容性能，同時，MnACAC的熱分解提高了炭化PAN的石墨化度，從而提高了其儲能性能。

3 不同種類纖維基超電的電化學性能對比

通過對不同類型纖維制備的超級電容器研究成果進行分析，對不同種類纖維基超級電容器的電化學性能進行對比，結果如表1所示。

表1 不同種類纖維基超級電容器的電化學性能

4 結束語

近些年柔性纖維基超級電容器得到了迅猛發展，已經受到越來越多的關注，纖維基超級電容器(纖維超電)作為可穿戴紡織品微電子元件能源供給最適合的結構單元，具有極大的理論研究價值與實際研發價值。纖維超電基于其輕質、柔性、經濟、環保等性能，通過成熟的紡織制造技術與紡織品進行集成是開發可穿戴紡織品能源供給最具有前景的方式。

本文對現階段纖維超電的研發方式和不同制備方法的優缺點進行總結，系統地介紹了不同類型的纖維超電的制備方法，多角度總結現階段纖維超電的發展狀況。雖然纖維超電在能量存儲、比電容等方面取得了一些進展，但依舊存在許多需要解決的問題。首先，基于碳基材料的纖維超電，包括CNT和石墨烯基纖維，低成本、高強、高彎曲模量的纖維制備方法依舊需要解決。其次，所得纖維難以適配后續紡織加工、與紡織制造技術不兼容，紡織品融合度低等問題迫切需要找到可行的辦法，構筑較好的纖維結構、降低電子在活性物質中的傳荷位阻、提高電解液離子擴散速率將對提高纖維比能量及循環壽命起到關鍵作用。基于紡織類纖維，由于其儲能大小受活性物質結構、密度、電荷傳遞協同效應影響較大，因此如何實現活性物質可控生長，提高電子在活性物質中穿梭效應是提高其能量密度的關鍵問題。此外，纖維電極的安全性、耐磨性、耐水洗性的研究較為缺乏，如何提高其耐久性需進一步深入研究。并且纖維電極的應用目前僅僅在發光二極管、手表、手機等電子產品領域，如何通過紡織加工工藝在其他領域表現出應用潛力需要進一步開發。對于纖維儲能器件的工業化生產，已向前邁出了重要的一步，但對于整個智能系統，不僅要考慮能源供給，更要考慮其功能多樣性，如何將多功能電子元件集成、組裝，如何實現人機交互，如何更好地將纖維超電運用于人工智能及可穿戴設備的制備依舊需要大量的研究。