北京服装学院《ACS AEM》：PPy@PANI/石墨烯复合纤维，用于可穿戴超级电容器

成果简介

由石墨烯纤维组装的柔性超级电容器是可穿戴电动产品的新兴储能设备，实现其高能量密度和实际应用是必要的，但也是具有挑战性的。本文，北京服装学院张梅 副教授团队在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Microfluidic Construction of Polypyrrole-Coated Core–Sheath Polyaniline/Graphene Hybrid Fibers with Excellent Properties for Wearable Supercapacitors”的论文，研究采用微流体技术结合湿法纺丝的构造方法，制备了锚定在芯鞘聚苯胺/石墨烯复合纤维（PPy@PANI/GF）上的聚吡咯。按照设计的芯-鞘微结构以及聚吡咯、聚苯胺和石墨烯纳米片之间的协同效应，可提供更多的电活性位点、高能量密度和良好的实际能源供应应用。

由不同长度的 PPy@PANI/GF 与 PVA/H2SO4或离子液体凝胶电解质覆盖组装而成的可穿戴纤维状超级电容器在0.08 mA cm-2 的条件下具有 612.4mF cm-2 的高比电容，即使在 799.9μW cm-2 的功率密度条件下也具有95.1 μW h cm-2的出色能量密度。所构建的超级电容器可为微型交通灯供电20分钟。这项研究成果为柔性电极的制备提供了一条途径，可能有助于在下一代便携式电子设备中利用可穿戴储能设备。

图文导读

图1.石墨烯基复合纤维和可穿戴超级电容器的制造工艺。

图2.（a）氧化石墨烯纳米片、（d）聚苯胺和（g）聚吡咯的SEM图像。（b，c）氧化石墨烯纳米片，（e，f）聚苯胺和（h，i）聚吡咯在不同分辨率下的TEM图像。

图4.（a） GO、PPy、PANI和石墨烯基纤维的XRD曲线。（b） GO、（c） GF、（d） PANI/GF 和 （e） PPy@PANI/GF 的C1s XPS 谱图，以及 （f） PPy@PANI/GF 的 N 1s XPS 谱图。

图5.三种石墨烯基纤维的GCD曲线

小结

综上所述，我们提出了利用微流体技术结合湿法纺丝制备锚定在芯鞘聚苯胺/石墨烯混合纤维（PPy@PANI/GF）上的聚吡咯。由石墨烯纳米片封装的聚苯胺芯-鞘结构有利于提高便携式电子设备中可穿戴超级电容器的能量密度和适用性。所构建的柔性超级电容器在0.08mA cm-2 时的比面积电容为 612.4 mF cm-2，在功率密度为 799.9μW cm-2 时的能量密度为 95.1 μW h cm-2，显示出卓越的储能能力。电化学性能的提高主要归功于其核-鞘微结构、大量的活性位点以及聚苯胺、聚吡咯和石墨烯纳米片的强大协同效应。这项研究为构建可控结构和成分特征的二维材料混合纤维提供了一种可行的方法，可用于可穿戴储能设备，促进了未来便携式电子设备的实际应用。

文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.3c02056