引言

碳纤维凭借高机械强度、导电性及独特一维结构，成为储能领域“黑马”！它不仅能在超级电容器中实现高效离子传输，更能通过表面改性（如酸刻蚀、官能团引入）及复合结构设计（导电聚合物/金属氧化物负载）大幅提升性能！

活性碳纤维、中空碳纤维、碳气凝胶等新秀依靠三维多孔、超大比表面积的特性，正在柔性储能领域崛起！

继续阅读以了解碳纤维在可穿戴纤维状超级电容器中的应用

（以下内容节选自doi:10.20517/energymater.2024.126）

基于碳纤维的超级电容器核心优势

碳纤维兼具高强度、高弹性模量与高导电性。相较碳纳米管的空心管状结构与石墨烯的平面层状结构，其实心特性和显著长径比赋予其独特的结构优势——在保证力学稳定性的前提下实现高效的离子传输路径，使其成为储能器件的理想选择。

碳基纤维超级电容器凭借无缝融合力学性能与导电特性，展现出优异的储能潜力。其一维取向结构可定向加速电解液离子迁移，同步增强器件的机械支撑性能。

碳基纤维超级电容器性能优化策略

表面功能化改性通过含氧官能团接枝提升纤维表面活性和比表面积，结合酸刻蚀同步生成纳米级粗糙界面与石墨烯量子点，显著改善电极-电解液界面润湿性。

复合结构设计在碳纤维表面包覆导电聚合物或金属氧化物构筑异质界面，利用协同效应提升电荷存储能力。

多级孔调控策略通过PAN湿法纺丝结合可控预氧化/碳化工艺（如张力控制下的高温碳化），构建孔道梯度分布的HPCF材料，其石墨化度与规整性优化使机械强度提升。

新型碳基材料的替代潜力

应用限制

① 高成本壁垒：高强级碳纤维生产能耗密集，难适配消费电子品控需求；② 本征脆性缺陷：抗冲击性弱导致动态场景易失效；③ 回收瓶颈：热固特性阻碍重塑再生，循环经济体系缺失；④ 界面干扰风险：导电性在传感器密集区或引发电磁串扰。

可能的改进路径① 研发柔性复合界面：通过引入纳米纤维素/石墨烯夹层结构，在维持导电性的同时提升材料断裂韧性；② 开发节能工艺：采用激光辅助催化碳化技术缩短预氧化时间，降低能耗与生产成本；③ 设计选择性绝缘涂层：通过原子层沉积（ALD）在碳纤维特定区域构建绝缘膜，精准控制导电区域以避免信号干扰。

文章来源：碳纤维链

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