便携式电子设备的高速发展,对储能器件提出了更高的要求,不仅要能储存更多的能量,而且需要具有机械韧性,甚至是柔软的。目前市场上没有一款储能产品能够实现这一功能,因此我们设计了一系列基于碳布的柔性超级电容器,期望能够满足市场对柔性储能产品的需求。本研究选用商用高导电性活性碳纤维布作为基底材料,通过电化学活化、化学气相沉积法和高温锻烧等物理化学方法提高碳布电化学性能,或者复合电化学活性材料(碳纳米管、过渡金属氧化物),作为柔性超级电容器的电极材料;使用凝胶电解质,组装成一系列柔性全固态储能器件。具体为活化碳布组装的超级电容器(S1)、纳米镍颗粒/多壁碳纳米管对称型赝电容超级电容器(S2)和金属氧化物膜/多壁碳纳米管非对称型全赝电容超级电容器(S3)。器件S1将碳纤维布2V恒电压阳极氧化后,通过1000℃以上高温锻烧处理,其容量较未处理的碳布提高了 100倍以上,其面积容量可以达到0.01mAh/cm2,且制作工艺简单环保,适合工业化量产。器件S2使用一步合成的纳米镍颗粒/多壁碳纳米管作为同样的正、负极,既能利用嵌入其中的高活性镍颗粒在正电压区间的法拉第电容,又可以利用碳纳米管在负电压区间的双电层电容,且通过调配二者容量相当,实现容量利用率最大化,在恒电流测试条件下,电流密度为50 mA/cm2时,其电容量为0.288 F/cm2。使用两个完全相同的Ni//CNTs电极组装成对称型超级电容器,充电仅五秒后,能成功地驱动一个小型电动马达持续转动1分钟。本研究首次制成了可不区分正负极、正反向均能充电的对称型赝电容超级电容器。器件S3使用包覆过渡金属氧化物活性材料(氧化镍和氧化铁)的稠密网状多壁碳纳米管分别作为正、负极,提高导电碳布的空间利用率,且通过正负极法拉第反应,提供更大的赝电容容量,在恒电流测试条件下,电流密度为5 mA/cm2时,正极电容量为2.23 F/cm2,负极电容量为2.42 F/cm2。具有稳定的放电电压1.2 V,其能量密度与电池相当,全电容能量密度可达1 mAh/cm2。该系列储能器件均具有优异的机械柔韧性,倍率性能高,循环性优越,并各有特色,适用于不同的场合,具有广泛的市场应用前景。