随着近年来现代柔性电子市场对可穿戴智能设备的需求不断增长，许多研究人员专注于具有以下特性的准1D光纤形状超级电容器（FSSC）：体积小，重量轻，高性能以及使用寿命高，在使用过程中经常失真。虽然光纤形状超级电容器（FSSC）是适用于可穿戴设备的最先进的电源，但光纤的圆柱形空间固有限制限制了其高电化学性能，必须通过精细和系统的架构工艺来克服。

来自韩国科学技术学院的学者提出了一种简单而有效的3D架构策略，用于制造具有高性能和灵活性的FSSC。高导电液晶纺丝碳纳米管纤维（CNTF）是一种用于氧化石墨烯（GO）电泳沉积的优良一维芯纤维。沉积的GO在CNTF（VG@CNTF）上形成垂直3D结构，可以通过在VG表面上连续涂覆伪电容活性材料来成功保存。值得注意的是，固态不对称FSSC在100 kW kg−1时表现出65 Wh kg−1的出色性能以及出色的稳定性和灵活性（在90°弯曲角度下电容保持率为98.60%，在5000次弯曲循环后为93.1%）。这项工作可以为开发用于实际可穿戴应用的高性能FSSC提供新的见解。相关文章以“3D Architecturing Strategy on the Utmost Carbon Nanotube Fiber for Ultra-High Performance Fiber-Shaped Supercapacitor”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202113057

图1. 纤维电极的形态。a)NC-G@CNTF 结构的制造示意图。b) CNTF，c)VG@CNTF，d) G@CNTF，e) NC@CNTF，f) NC/VG@CNTF，和 g) NC/G@CNTF的SEM图像。

图2. 纤维电极系列的微观结构和化学状态。a) 低倍率 TEM 图像，b) 与 VG 表面相关的 TEM 图像。c)NC-VG@CNTF-4.5 的高倍率 TEM 图像。d)NC/VG@CNTF 的 Ni 2p 和 e) NC@CNTF、NC/G@CNTF 和 NC/VG@CNTF 的 Co 2p 的高分辨率 XPS 光谱。f)NC@CNTF、NC/G@CNTF和NC/VG@CNTF的Co 2p光谱中的自旋能分离值。

图3. 纤维电极系列的电化学性能。a)NC/CNTF、NC/G@CNTF 和 NC/VG@CNTF 在 5 mV s -1下的 CV 曲线，b)光纤平台系列和 NC/CNTF、NC/G@CNTF和 NC/VG@CNTF，c) 从 NC/CNTF、NC/G@CNTF 和NC/VG@CNTF 的电化学阻抗谱 (EIS) 测量中提取的奈奎斯特图（在 1 MHz 至 0.1 Hz 的频率下）。d）NC/VG@CNTF 在 1 Ag-1下 3000 次充电/放电循环后电容和库仑效率的变化。

图4. 不对称设计中实际纤维状器件的电化学特性。a) 实际器件在 50 mV s-1下的循环伏安曲线在不同电压窗口下的凝胶电解质中。b）比电容不同的电流密度。c）Ragone图。d）单个器件和三个器件并联和串联的GCD曲线。e）从0°到 90°弯曲时的电容保持率。

图5. a) 先进的可穿戴多功能储能-发电机混合系统：使用由 NC/VG@CNTF 制造的太阳能电池和 FSSC。b) 由 FSSC 驱动的 LED 灯泡，和 c) 由双折叠运动驱动的 LED 灯泡。

本文已成功制备了由纤维平台上具有极佳电化学活性的伪电容活性材料组成的3D架构FSSC，其由具有独特开放孔隙的VG骨架组成，在LC纺丝CNTF上具有高氧含量，并具有高导电性和柔韧性。本文采用NC/VG@CNTF//VG@CNTF的不对称结构制备的FSSC表现出优异的电化学能和功率性能（在100 kW kg−1的功率密度下能量密度为65 Whkg−1），以及优异的柔韧性（在90°的弯曲角度下电容保持率为98.60%，在5000次弯曲循环后为93.10%）。用3D复合纤维电极制造的FSSC可以编织并应用于织物上，基于其高机械和电化学能力，展示了其出色的柔韧性和性能。本研究强调了基于CNTF的光纤形器件和3D架构光纤电极在未来可穿戴应用中的巨大可能性。