【摘 要】
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低温环境对供电装置的运行稳定性及便携性提出了更高的要求。纤维状超级电容器电极具有轻量、柔性的优点,可通过纺织技术的辅助集成为便携式可穿戴供电设备,有利于减轻低温作业的不便。而制备兼具优异的储能性能与低温柔性的纤维状超级电容器电极仍面临着巨大挑战;针对上述难题,本论文制备了具有开放式微观结构的绳结结构碳纳米管/MXene复合电极作为芯部,选用高取向碳纳米管薄膜作为力学支撑的壳层对内芯电极进行包覆,组
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低温环境对供电装置的运行稳定性及便携性提出了更高的要求。纤维状超级电容器电极具有轻量、柔性的优点,可通过纺织技术的辅助集成为便携式可穿戴供电设备,有利于减轻低温作业的不便。而制备兼具优异的储能性能与低温柔性的纤维状超级电容器电极仍面临着巨大挑战;针对上述难题,本论文制备了具有开放式微观结构的绳结结构碳纳米管/MXene复合电极作为芯部,选用高取向碳纳米管薄膜作为力学支撑的壳层对内芯电极进行包覆,组装了壳-芯结构复合纤维电极,研究其在-40℃下的储能与力学性能。通过对该纤维电极的微观结构调控,优化其比容量、抗拉强度及低温柔性,并将其集成于纺织面料中,测试其低温适用性。主要研究内容如下:（1）通过自组装法制备了具有开放式微观结构的绳结结构碳纳米管/MXene电极。通过改变绳结结构碳纳米管/MXene电极的混合比率,调节电极结构的孔隙率,获得开放程度的可调性。测试上述电极在-40～25℃下的储能性能与力学性能,通过扫描电子显微镜观察和电化学阻抗谱分析了开放式结构对于电极低温储能性能的影响,明晰了开放式电极结构设计对电极力学稳定性的制约。（2）通过干法纺丝法制备了具有取向型结构的碳纳米管纤维电极,测试其-40～25℃下的储能性能与力学性能,通过扫描电子显微镜观察和电化学阻抗谱分析了取向型结构对于低温力学性能的影响,明晰了纤维致密性对于低温储能性能的制约。（3）结合绳结结构碳纳米管/MXene开放式电极的离子可及性优点与取向型结构碳纳米管的力学优势,制备了取向型结构碳纳米管薄膜作为壳层,绳结结构碳纳米管/MXene开放式电极作为内芯的壳-芯结构复合纤维电极;通过调节壳层碳纳米管层数及内芯材料孔隙率,优化该复合电极的低温（-40～25℃）力学性能及储能性能。将优化后的复合电极集成于纺织面料中,制成可穿戴供电设备,并测试其低温（低至-40℃）适用性。
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