本文要點：
一種環保且可擴展方法，可擴展製備緊湊型芯-蓬鬆護套結構的可穿戴超級電容器的高性能纖維電極
成果簡介
固態纖維超級電容器（FSC）輕巧，佩戴舒適且易於織入紡織品，是可穿戴電子設備中很有希望的儲能設備。碳纖維（CFs）具有優異的機械強度和導電性，優異的柔韌性，被雜原子摻雜，良好的可編織性/可編織性的優點，最重要的是已經以連續牽引的形式以噸級生產；但是，由於惰性表面由高度壓實且排列良好的石墨護套組成，因此它們在FSC中的應用僅限於集電器或導電支架。
受到香蒲獨特的緊湊型核心蓬鬆皮結構的啟發，該研究開發一種電化學方法，通過可控地溶脹排列良好的石墨鞘層而不會干擾互連的隨機取向的碳納米晶體的芯纖維，從而將碳纖維直接轉變為高性能電極。與原始碳纖維相比，所獲得的纖維電極可提供兩倍以上的改進電容。具有優異的倍率性能和循環穩定性，從而使作為製造的固態超級電容器增強了很多能量密度。證明此方法的可擴展性，與最新的商業處理技術兼容，因此對電子紡織的未來發展具有廣闊的前景。
圖文導讀
圖1。（a）香蒲的方案，其具有香腸狀花穗，具有獨特的實心絨毛鞘結構。
（b）原始碳纖維，（c–d）S-CFs分別經過電化學處理5分鐘和10分鐘的SEM圖像。
（e）電化學溶脹機理的示意圖。
圖2。原始CF，S-CF和TS-CF的（a）C1和（b）N1的XPS光譜。
圖3。（a）中的CV曲線和（b）c ^ V TS-CF的電化學5，7，10，13和16分鐘分別處理。（b）中的插圖顯示了相應的GCD曲線。（c）以3、5、7、10和20 mV s -1的掃描速率分別電化學處理10分鐘的TS-CF的CV曲線。（d）對於TS-CFs進行10分鐘電化學處理的擴散控制插入過程和類似電容器的電荷存儲過程，其電流貢獻的一部分。（e）電化學處理10分鐘的TS-CF的速率能力和（f）循環穩定性。
圖4。（a）當組裝的基於TS-CF的對稱超級電容器在0-1.0 V的電壓窗口內以50 mV s -1進行充放電時，陽極和陰極的電勢變化。
（b）超級電容器的CV曲線基於以50 mV s -1在陽極和陰極之間以不同的體積比組裝的TS-CF 。
（c）GCD曲線（d）在不同電流密度下基於TS-CF的優化超級電容器的倍率能力。
（e）優化超級電容器和其他最近報導的超級電容器的Ragone圖。
（f）優化的超級電容器的靈活性和循環穩定性。
圖5。（a）連續膨脹CF絲束的自製裝置的示意圖和（b）的照片圖像。
（c）在1.0 A cm -3的電流密度下，TS-CF電極的C V與負載偏壓和處理時間的關係。
（d）TS-CF電極在2.6 V電壓下膨脹5分鐘的優化FSC的速率能力。
（e）分別並聯和串聯的三個設備的GCD曲線。
碳纖維石墨護套的結構依賴性膨脹後，對商用CF在可穿戴式儲能裝置中的實際應用前景廣闊：
（1）與新開發的碳相比，CF的市售價格低廉碳納米管纖維和石墨烯纖維；
（2）石墨鞘層以可控制的方式溶脹，形成蓬鬆的層而不會干擾內芯；
（3）保留的優異機械強度將確保TS-CF適合工業化後編織/編織織機，
（4）整個電化學溶脹過程是可擴展的，這有利於FSC的連續製造；
（5）與以前的化學氧化策略相比，我們的方法簡便，快速，綠色且成本低，
（6）高電導率，膨脹的石墨鞘層以及膨脹的石墨鞘層中的含氧官能團和N摻雜共同為TS-CFs提供了快速的電子/離子傳輸，因此具有較高的假電容。
小結
本文開發了一種綠色且可擴展的方法，可以將商用碳纖維絲束直接轉換為具有香蒲型緊湊型芯蓬鬆皮結構的高性能纖維電極。突出了與結構有關的溶脹機制。特別在溫和的電化學處理下，良好排列的石墨鞘膨脹，而由隨機取向的碳納米晶體組成的內核保持穩定，從而提供可靠的機械強度和導電性。由於引入了含氧官能團並豐富了N-5和N-6鍵合構型，因此獲得的TS-CF電極在1.0 Acm-3時可提供87.2 Fcm -3的高體積電容具有優異的倍率性能。另外，該方法可以擴大規模，因此在可穿戴式儲能裝置中商用CF的實際應用具有廣闊的前景，促進了未來電子紡織品的快速發展。
參考文獻：
Scalable preparation of high performance fibrous electrodes with bio-inspired compact core-fluffy sheath structure for wearable supercapacitors