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超级电容器是一种储电性能介于传统电容器和二次电池之间的新型储能元件,具有功率密度高、充放电速度快、库伦效率高、循环寿命长等诸多优点,被广泛应用于交通运输、新能源发电、通信和军工等领域。随着社会的快速发展,柔性、轻质、甚至可穿戴、可折叠的电子设备应运而生且蓬勃发展,为其提供能源的储能系统——超级电容器,也正向柔性、轻质、环保和高性能发展,因此柔性、高性能电极材料的开发具有重要的实践意义。本论文利用静电纺丝技术和高温碳化技术,以聚吡咙(BBB)/聚酰亚胺(PI)复合纳米纤维为基体,成功制备了柔性、微孔聚吡咙基复合碳纳米纤维(PBPICF);通过添加碳纳米管(CNTs)来增加PBPICF的导电性;利用聚苯乙烯(PS)微球来制备介孔碳纤维。聚吡咙基碳纳米纤维膜具有自支撑的三维网络结构,蓬松多孔,且拥有良好的机械性能和柔性,能够随意弯曲、折叠,可直接用于超级电容器电极材料而无需添加粘结剂。具体工作包括以下三个部分:1.调节聚酰胺酸(PAA)和聚羧酸铵盐(PCAAS)的质量比,制备了一系列BBB/PI复合纳米纤维,经高温碳化得到复合碳纳米纤维(PBPICF)。电化学结果表明,当PCAAS与PAA质量比为65%:35%时,得到的碳纳米纤维(PBPICF-65-35)具有最佳的储电性能,当电流密度为0.2 A/g时,比电容达到172.44 F/g;即使10 A/g电流密度下,10000周期后,比电容仅衰减了25%。2.以PBPICF-65-35为研究对象,CNTs为导电填料,制备了一系列不同CNTs含量的碳纳米纤维(PBPICF/CNTs)。研究发现,当掺入的CNTs含量为15%时,得到的碳纳米纤维(PBPICF/CNTs-15)表现出最佳储电性能,其比电容在0.2A/g电流密度时达到194.00 F/g。当电流密度增大至100 A/g时,比电容仍有71.67F/g,保留率为37%,相比于纯PBPICF(18%)提高了一倍。PBPICF/CNTs-15的循环性能也有所提高,在10 A/g电流密度下,循环充放电10000次,比电容保留率由PBPICF的75%提高至80%。PBPICF/CNTs-15复合碳纳米纤维储电性能的提高,主要归功于CNTs的掺入,在纤维内部形成了导电网络,为电子在纤维内部的转移提供捷径,降低纤维电极的整体电阻;且CNTs具有较大的介孔孔容,增大了PBPICF的介孔孔容,有利于电解液中离子的迁入和迁出。3.以PBPICF-65-35为研究对象,以PS微球为致孔剂,加入适量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助纺丝,制备了一系列介孔碳纳米纤维(PBPICF/PS),研究不同PS微球含量对材料的储电性能的影响。结果表明,加入PS微球后,碳纳米纤维(PBPICF/PS)呈现显著的孔结构。当PS微球含量为30%时,得到的介孔碳纳米纤维(PBPICF/PS-30)具有最佳的储电性能,在0.2 A/g时的比电容量达214.22 F/g,当电流密度增大至100 A/g时,仍然有80.4 F/g;在20 A/g的电流密度下循环充放电10000次,比电容保留率都在90%以上,表明PBPICF/PS材料具有非常稳定的循环性能。PBPICF/PS储电性能的提高,主要归功于PS微球在碳纳米纤维膜上留下许多介孔,为电解液离子的转移提供了多条“高速公路”,使其在大电流充放电时依然保持着较高的离子转移率,同时为离子提供更多的附着位点,从而能储存更多的电荷。