改性碳纤维增强复合结构可用作超级电容器
可穿戴装备越来越多，对储能技术和材料的研究也就越来越深入，超级电容器的概念被提出来。目前多种多功能复合材料被用于超级电容器的研究，这是因为复合材料可能在电气、化学、热、机械和电磁等方面拥有较为综合的性能表现。碳纤维复合材料也是其中的一种，近期澳大利亚研究人员展示一种由改性碳纤维复合材料制成的超级电容器。
澳大利亚展示石墨烯气凝胶改性碳纤维增强复合结构超级电容器
近日，澳大利亚斯威本科技大学的NisaSalim等相关研究人员展示了一种创新的方法来创造“结构电池和超级电容器”，既可作为轻巧而坚固的结构部件，也可作为电池。研究人员开发了新的方法，使碳纤维复合材料成为结构超级电容器，使其有望在未来的运输系统中实现质量、空间和节能的多功能功能。
澳大利亚相关研究人员展示了使用浸渍在碳纤维(CF)织物上的石墨烯气凝胶(GA)的连续网络来制备碳纤维增强复合材料的结构超级电容器的设计。GA是通过氧化石墨烯前驱体的水热工艺合成的，该工艺使GA能够热还原和自组装到CF织物上。采用树脂灌注技术，使用GA改性CF、静电纺丝隔膜和离子液体改性环氧电解质，制备了复合超级电容器。
改性碳纤维复合结构为何能用作超级电容器？
电极材料是决定超级电容器性能好坏的关键，如何兼顾活性电极的柔性化和高能量密度是一个难点。碳材料在硬度、光学特性、耐热性、导电性等方面都优异于其他材料，非常适合作为柔性超级电容器的基础电极材料。其中碳纤维具有良好的导电、导热性，以及优异的化学稳定性，受到研究者们的广泛关注。通过不同的结构设计能够将电极、电解质、柔性基板更好的结合，一方面能够保证柔性超级电容器的灵活性，另一方面也能提高柔性超级电容器的储能。
碳纤维作为一种碳含量在95%以上的新型纤维材料，对比传统的玻璃纤维，它耐腐蚀性强，质量比金属铝轻，强度比钢铁高，具有外柔内刚的特点。纤维状的碳材料如碳布和纳米纤维纸等兼顾良好的导电性和柔韧性，常用于制备柔性超级电容器的电极。纤维状超级电容器具有能量密度低的缺点，这也常常限制了它的应用，碳纤维作为电极材料不例外。为了提高能量密度可以通过工作电势窗口、比电容最大化两种方法。
柔性超级电容器的关键在于高性能与良好柔韧性的电极。碳纤维的优异物理化学性能和可编织性，非常适合作为柔性超级电容器的电极。碳纤维电极的问题是能量密度低，可以通过扩大电势窗口和增大比电容来提高能量密度。碳纤维与不同的金属氧化物的复合增加了储存能力，使用有机、离子电解质可以电导率，不同的金属氧化物功函数不同，组装非对称超级电容器可以扩大电势窗口电压。
单纯的碳纤维复合材料并不能充当超级电容器的材料，因为能量密度不够。不过通过改性，碳纤维复合材料拥被赋予了新的能力，这就是复合材料世界的神奇之处。碳纤维复合材料在航空航天领域的应用已经非常亮眼，如果再被赋予一些特性，相信未来还会有更好的表现。
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