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新一代便携式柔性电子设备必将朝着小型化、轻质化、柔性化方向发展。由于这些设备的体积受到限制,我们急需开发具有高体积性能的柔性超级电容器。一般来说,纤维状超级电容器的制备方法有三种:湿纺、干纺和水热法。以上存在的一个共同问题在于无法实现电极结构的微观尺度控制,结合以上事实,我们探索出了一种全新的纤维电极制备方法,该法实现了结构的微观控制并且极大的提高了电极性能。内容及结论如下: (1)采用简单的干纺法制备了GO/PU纤维,虽然实现了强度的较大增加,纳米材料在基质中分散均匀,但是强度与湿纺法相比存在一定的差距,牺牲性能实现结构的规则分布并不是一个好的选择,因此我们需要寻求一种新的方法来实现结构与性能的同时提升。 (2)死端过滤和真空抽滤广泛用于固液分离,受此启发,我们将死端过滤用于CNTs/PVA复合纤维,可以实现在较高的CNTs负载下其结构依然排列紧密,没有孔洞,且其拉伸强度和杨氏模量分别增加了435%和859%,韧性可以与贝壳类无机成分媲美。 (3)死端过滤法制备超级电容器电极,在过滤过程中对中空管内壁形成原位压力,从而得到结构更加致密的纤维电极。将两根相同的电极组装成超级电容器装置,通过电化学性能测试发现,在5mV/s的扫描速率下,GCFH_4的体积比电容高达492 Fcm-3。体积能量密度为?2.7mWh·cm-3,这是市售超级电容器(2.75V/44 mF和5.5V/100 mF,1mWh cm-3)的能量密度的三倍,甚至相当于4 V/500 mA h薄膜锂电池(0.3-10 mW hcm-3)。我们的FSCs的最大体积功率密度(Pcell,V)达到295.8 mWcm-3,比锂薄膜电池高出两个数量级以上。弯曲变形10000次以上循环后,比电容仅降低约6%,这说明电化学稳定性优异。据我们所知,这项工作的体积能量密度比迄今所报告的全固态FSCs都高。机械强度对于实际使用非常重要,因此我们也测试了GCHE_4的机械性能,测试发现纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为265MPa和28GPa。 使用DETM的电极合成不限于在该具体研究中使用的纳米材料,并且原则上可以扩展到其他类型的纳米材料,只要它们能够良好地分散在合适的溶剂中即可。因此,使用这种方法研究各种功能性纳米材料及其组合来开发高性能纤维储能装置具有很大的应用前景。