石墨烯复合纤维的制备及其典型应用

在“一带一路”大健康驿站建设中，构筑具有高柔性、可编织、体积小、大能量储存的能源材料为可穿戴医疗器件供能，逐渐成为医疗领域的关注焦点。其中，一维线性结构的柔性纤维超级电容器是最具潜力的柔性穿戴器件供能材料。但目前制备的导电纤维材料难以获得成分均一、大比表面积、均匀有序多孔网络结构，造成内部离子传输速度慢和嵌入累积量少，使得宏观器件电荷存储少和能量密度低。因此，如何设计纤维电极材料和微观结构，促进离子快速输运和累积，从而实现器件高电荷存储和大能量密度输出等性能，成为国际上能源领域挑战性的研究难题。

针对上述问题，本项目利用微流控均匀成丝制备纤维为导向，通过介质在微反应系统中液-液界面自组装及分子功能化掺杂成孔为手段，构筑具有大能量密度输出、规模化编织和柔性穿戴应用前景的多孔石墨烯基纤维超级电容器。

提出一种基于微流体纺丝技术的多孔石墨烯基纤维电极制备方法，深入研究工艺参数对纤维材料特性的影响规律，开发出简单、低成本的多孔石墨烯基纤维可控制备工艺；采用不同测量方法对石墨烯杂化纤维的几何特征、表面形貌、亲水性、力学和电学性能进行测量表征，分别研究不同条件工艺参数对纤维形貌、亲水性、力学和电学性能的影响关系。制备基于石墨烯杂化纤维电极的柔性超级电容器；研究多孔石墨烯基纤维超级电容器的电化学性能，计算其能量密度和功率密度；建立性能与纤维电极关键材料特性之间的关系模型，明确柔性超级电容器性能的调控机制。