成果简介
在开发柔性超级电容器的过程中，可扩展地制造多孔石墨烯纤维仍然是一个关键挑战，尤其是在放大过程中保持结构均匀性和一致的电化学性能。本文，南通大学Min Li、Chuntao Lan、Wujun Ma等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Scalable fabrication of hierarchically porous graphene fibers via hydrothermal self-assembly and GO-assisted wet-spinning for high-performance flexible supercapacitors”的论文，研究展示了一种可扩展的合成策略，它将水热自组装预处理与氧化石墨烯 (GO) 辅助湿法纺丝技术相结合，制造出分层多孔石墨烯纤维。
通过这种方法，GO 既是水凝胶片段的分散剂，又是增强片段间连接的粘合剂，具有双重功能，可精确控制多尺度多孔结构的形成，同时保持高比表面积（96.1 m2 g-1）。制备完成的纤维基超级电容器具有卓越的电化学性能，在 0.05 A cm-3 时的体积电容达到 36.5 F cm-3，同时还具有出色的速率能力（在 10 A cm-3 时保持 19.6 F cm-3）和显著的循环稳定性。该器件还具有出色的机械耐久性，在 20,000 次弯曲循环后仍能保持 95.1% 的初始电容。值得注意的是，全面的可扩展性研究表明，当纤维超级电容器的长度从1厘米增加到100厘米时，其电化学特性保持一致，100 厘米长时的稳定线性电容为21.1mF cm-1。这些发现为下一代可穿戴电子设备工业化生产高性能石墨烯纤维超级电容器开辟了一条前景广阔的道路。
图文导读
图1. (A) Schematic illustration of the fabrication process for porous graphene fibers. Cross-sectional SEM images of PGF (B–D) and GF (E–G) at different magnifications. (A colour version of this figure can be viewed online.)
小结
综上所述，本文成功地开发了一种创新战略，通过水热自组装预处理和 GO 辅助湿法纺丝工艺的独特组合来制造高性能多孔石墨烯纤维。创新的关键在于利用石墨烯水凝胶碎片作为纺丝掺杂物，并添加 GO 作为分散剂和粘合剂，从而有效防止石墨烯片层重新堆积，同时形成分层多孔结构。由此制得的纤维表现出卓越的综合性能指标，包括稳定的导电性（14.8 S cm-1），机械变形过程中的降解极小；良好的机械性能（86.9 MPa）；最重要的是，具有优异的电化学特性，特征弛豫时间τ0为2.2 秒。此外，通过并联和串联的多功能组装能力，可以灵活调整输出参数，使这些光纤在可穿戴电子设备的实际应用中大有可为。这项工作不仅解决了石墨烯纤维制造中长期存在的难题，还为开发其他具有可控多孔结构的功能性纤维提供了宝贵的见解。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120326
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
