随着人们生活水平的不断提高和社会快速发展，柔性电子设备得到了广泛使用，与之相匹配的柔性供能器件受到高度重视，特别是全固态纤维超级电容器因其功率密度高、充放电速度快以及循环寿命长等优势而备受关注。然而，固态纤维超级电容器实际应用中面临能量密度低、温度适应性差和机械柔性不足等缺陷，而开发高性能纤维电极材料和构筑宽温适应性电解质膜是组装长循环寿命、高能量密度、优异柔韧性宽温固态纤维超级电容器的有效策略。

  近期，我院储能材料与器件研究团队在高能量密度、优异柔韧性和长循环寿命宽温固态纤维超级电容器研究方面取得系列进展，陆续在材料学主流期刊Advanced Functional Materials、Advanced Science、Chemical Engineering Journal等学术杂志发表系列学术论文。针对钠离子纤维混合超级电容器缺乏快速钠离子扩散动力学匹配性正极材料以及传统电解质温度适应性差而阻碍组装器件实际应用等问题，研究团队提出钠离子纤维不对称电容器正极构筑和电解质优化双协同增强策略，通过碳包覆策略和GO液晶相模版诱导机制制备了体积比容量为565 F cm^-3、具有优异电容性质和机械柔韧性的NaNVO@C₁₀/rGO纤维正极，构筑了在-60 ~ 80 °C温度范围内展现出优异离子导电性和温度适应性的PVA SLPHNa水凝胶膜。以制备的NaNVO@C₁₀/rGO纤维为正极，Ti₃C₂T_x纤维为负极，PVA SLPHNa水凝胶膜为隔膜和电解质，依据纤维正极和纤维负极动力学和电容匹配原则，组装了钠离子纤维混合电容器NaNVO@C₁₀/rGO//Ti₃C₂T_x AFSIC。组装器件不仅具有87 F cm^-3体积容量，35 mWh cm^-3最大体积能量密度和10000次循环后87.7% 初始容量，而且展示了良好的机械柔韧性和耐用性，1000次弯曲循环后初始容量仍保持82%。这项工作丰富了柔性纤维超级电容器体系，为宽温环境下高性能纤维超级电容器设计、制备及性能提升提供了新策略，为解决钠离子纤维不对称电容器面临的正极Na⁺扩散动力学不足和电解质温度适应性受限等关键问题提供了新途径。相关研究成果以题为“A bipartite synergistic strategy for all‐weather sodium‐ion fiber supercapacitor with excellent energy density and temperature adaptability”发表在期刊Advanced Functional Materials上，我院博士研究生马福泉为第一作者，刘宗怀教授和何学侠副教授为共同通讯作者。（论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202506540）

  同时，针对二维纳米片层湿法纺丝过程中纳米片层尺寸小、团聚现象严重和组装材料柔性与电化学性能优化平衡困难等问题，研究团队采用自然沉降法首先筛选出大尺寸Ti₃AlC₂原料，利用原位刻蚀随后超声辅助剥离制备得到平均横向尺寸为7.6 ~ 9.4 µm 的大尺寸Ti₃C₂T_x纳米片。以与Ti₃C₂T_x纳米片具有同本征特性Ti₃C₂T_x 量子点（QDs）为柱撑剂，湿法纺丝法制备了Ti₃C₂T_x量子点柱撑Ti₃C₂T_x复合纤维电极Ti₃C₂T_x QDs/Ti₃C₂T_x，设计构筑了高离子导电率、抗冻性能优良F-MMT/PVA有机凝胶电解质。以制备的Ti₃C₂T_x QDs/Ti₃C₂T_x复合纤维电极为正负极，F-MMT/PVA有机凝胶电解质为电解质和隔膜，组装了M-Q₃M₇-DMSO 宽温全固态对称纤维超级电容器。组装器件在0.5 A cm^-3电流密度下具有465 F cm^-3的体积比电容，能量密度为41.3 mWh cm^-3。50 mV s^-1扫速下循环10000圈后容量保持率高达97%，反复弯折500次后容量保持率为95%，且可在-30 ~ 60 °C宽温度范围内正常工作。该研究为宽温全固态对称纤维超级电容器电容和柔性优化平衡提供了新思路，相关研究成果以题为“Wide temperature all-solid-state Ti₃C₂T_x quantum dots/L-Ti₃C₂T_x fiber supercapacitor with high capacitance and excellent flexibility”发表在期刊Advanced Science上，我院硕士研究生贺娟、博士研究生马福泉为共同第一作者，刘宗怀教授和何学侠副教授为共同通讯作者。（论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202305991）

  另外，针对固态纤维超级电容器电势窗口窄、能量密度低、酸性电解质腐蚀性严重和正负极动力学匹配性差等瓶颈问题，研究团队以大尺寸Ti₃C₂T_x纳米片层为组装单元，乙酸溶液为凝固浴湿法纺丝制备了高柔韧性和优异电导率Ti₃C₂T_x纤维负极。在通过V₂O₅为钒源一步溶剂热法制备储钠型NaV₃O₈正极（NaNVO）基础上，以NaNVO为钠离子纤维电容器储钠活性单元和氧化石墨烯（GO）为液晶相模板，乙酸乙酯和丙酮混合溶液为凝固浴，湿法纺丝随后水热还原制备了NaNVO/rGO纤维正极。依据正负极电荷平衡原则，选择具有优化匹配电压窗口和体积比电容量Ti₃C₂T_x纤维负极与NaNVO/rGO纤维正极，结合宽温适应性PVA EGHG电解质，组装了宽温固态高能量密度钠离子纤维不对称电容器NaNVO/rGO//Ti₃C₂T_x AFSIC。在0.1 A cm^-3电流密度下，组装器件不仅具有76 F cm^-3体积比电容和3 mV s^-1下2000次循环75%容量保持率，而且在83.2 mW cm^-3功率密度下显示出30.6 mWh cm^-3的最大体积能量密度和在-40 ~ 60 °C宽温范围内的稳定电容特性和优越机械柔性。研究工作为解决酸性电解质易腐蚀性、纤维超级电容器电压窗口窄和能量密度低等问题提供了新策略，相关研究成果以题为“”Highly matched electrode for all-solid-state sodium-ion fiber hybrid supercapacitor with wide temperature and high energy density”发表在Chemical Engineering Journal上，我院博士研究生马福泉为第一作者，刘宗怀教授和何学侠副教授为共同通讯作者。（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154723）

撰稿：马福泉 何学侠  审核：刘治科 董芬芬