基于碳纤维布具有超高能量密度的柔性可穿戴全固态超级电容器
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近年来，随着现代科学技术的发展，越来越多的可穿戴、便携式电子产品出现在人们的生活中，电子产品逐渐向小巧、可穿戴、可折叠和柔性方向发展，这就要求为电子产品提供能量的储存器件具有轻、薄、柔等特点。在众多储能器件中，超级电容器，尤其是柔性全固态超级电容器由于具有可快速充放电、高的功率密度、超长的循环寿命、安全环保和优良的力学性能（可在任意变形时仍保持良好的电化学性能）以及宽的使用温度范围等优点而获得人们的青睐。
电极材料作为超级电容器重要组成部分之一，担负着能量存储和实现器件柔性可穿戴的多重功能。而传统的电极材料是由集流体和电活性材料构成，一般选用的是硬质金属，这成为实现柔性电极的障碍之一。集流体扮演的是传导电子的作用，而电活性材料扮演的是电化学存储电荷的角色，一般是将导电剂、粘结剂和活性材料一起制备成浆料涂覆在集流体上。常规的储能器件在高频重复弯折或扭曲时，都会使得活性材料从集流体上剥落，最终导致储能器件的失效和智能电子产品的报废。因此，如何保证在高频变形的情况活性物质的不脱落成为一个巨大挑战。
碳材料（石墨烯，碳纳米管，生物质碳和有机物衍生的碳材料等）因具有良好的导电性、轻质和优异的双电层储能特性而受到了大家的青睐。而双电层储能主要依赖于比表面积，孔的类型和孔体积的变化等。即便是单层的石墨烯，其理论容量也只有550 F/g左右，一般实验室制备的石墨烯的比容量也只有240 F/g左右。为了提高炭基材料的比容量，有人尝试通过杂质原子（C，N，O 和B等）掺杂在碳材料中引入赝电容来增强其比容量引起了大家的关注。但杂质原子掺杂的多孔高比表面积碳材料通常以粉末的形式存在，并不能满足柔性电极的需求。因此，实现高性能碳材料的柔性化成为了另一个不容忽视的问题。
为了解决上述两个挑战获得高性能柔性可穿戴全固态电化学能量存储器件，兰州大学彭尚龙副教授和美国华盛顿大学曹国忠教授合作开展了相应的研究工作，其研究成果发表在期刊《Advanced Energy Materials》上 (题目为Flexible and Wearable All-solid-state Supercapacitors with Ultrahigh Energy Density Based on a Carbon Fiber Fabric Electrode，Qin et al, 2017, DOI:10.1002/aenm.201700409)。该研究工作采用湿法纺丝法并结合氢氧化钾活化获得了集高性能和韧性于一体的碳微米纤维布，在获得高比表面、合适的孔类型、大的孔体积和良好的柔韧型的基础上，进一步通过电化学阳极氧化法增强了其比表面和孔体积，获得了最终的电极材料，并对其结构和形貌，以及电化学性能进行了测试分析。与其它碳基电极材料相对，制备的电极材料在酸性和碱性电解液中测试表现出超高面比容量，尤其是在中性电解液中既可作为正极材料也可作为负极材料。为了进一步探究其实用化，组装了柔性全固态对称的电化学电容器，测试结果展示出了很高的能量密度，并将制备的大尺寸器件作为表带驱动手表长达9小时，这为柔性可穿戴电子器件的实用化奠定了坚实的基础。
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