【摘 要】
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随着人们对电子产品的需求愈发个性化,折叠手机、电子皮肤、可植入式医疗器件等柔性电子产品已经开始在生活中大量应用。为了给柔性电子产品提供能量,柔性储能设备的开发必不可少。作为柔性储能设备中的一种,柔性超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、安全性高等优点,在小型柔性可穿戴电子产品中有着巨大的应用前景。然而,低的能量密度和有限的机械灵活性限制了其在柔性电子产品上的进一步应用。柔性超级电容器的机械灵活性和
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随着人们对电子产品的需求愈发个性化,折叠手机、电子皮肤、可植入式医疗器件等柔性电子产品已经开始在生活中大量应用。为了给柔性电子产品提供能量,柔性储能设备的开发必不可少。作为柔性储能设备中的一种,柔性超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、安全性高等优点,在小型柔性可穿戴电子产品中有着巨大的应用前景。然而,低的能量密度和有限的机械灵活性限制了其在柔性电子产品上的进一步应用。柔性超级电容器的机械灵活性和能量密度主要由电极材料决定,因此开发高性能的柔性电极材料对促进柔性超级电容器的发展至关重要。本论文从高性能的柔性电极材料的结构设计出发,针对纳米碳纤维材料导电性和柔韧性无法兼容的问题,通过降低石墨微晶尺寸和增加碳纳米纤维中的孔隙的策略,制备了兼具高导电性和高柔韧性的石油焦基柔性纳米碳纤维材料,并将通过与聚苯胺材料进行复合的策略,进一步提升了材料的电化学性能。主要研究内容如下:（1）以石油焦为碳源,结合浓酸氧化、静电纺丝、预氧化和高温炭化等工艺制备了石油焦基柔性纳米碳纤维材料。得益于小的石墨微晶尺寸和石墨微晶之间的大量孔隙结构,该纳米碳纤维在弯曲过程中能缓解应力集中,降低石墨微晶内部化学键的应力负荷,使得该纳米碳纤维材料能在拥有高石墨化碳含量的同时具备高柔韧性,实现了高导电性和高柔韧性在纳米碳纤维上的集成。得益于优异的导电性和柔韧性及发达的微孔结构,石油焦基柔性纳米碳纤维材料能直接用作柔性超级电容器电极材料,无需加入导电剂和粘结剂,FCNF-1200材料在三电极体系中表现出184F/g的比电容（0.5 A/g）和72%的电容保持率（0.5 A/g-20 A/g）。此外,基于FCNF-1200材料制备的全固态柔性超级电容器表现出优异的机械和循环稳定性,并成功为LED小灯泡供电,展现了一定的实用价值。（2）以制备的石油焦基柔性纳米碳纤维材料为结构支撑和导电骨架,通过循环伏安电沉积工艺在其表面生长聚苯胺制备了石油焦基柔性纳米碳纤维/聚苯胺复合材料。得益于聚苯胺的高比电容和石油焦基柔性纳米碳纤维的高导电性和结构稳定性,FCNF/PANI复合材料比电容相较于FCNF材料有显著提升,并且维持了优异的柔韧性。此外,FCNF/PANI复合材料中聚苯胺的含量随循环沉积的圈数的增加而增多,在沉积圈数为20圈时,FCNF/PANI复合材料表现出最佳的电化学性能,在三电极体系中表现出324 F/g的高比电容（0.5 A/g）和58%的电容保持率（0.5 A/g-10 A/g）。
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