柔性可穿戴电子与元宇宙技术是未来智能社会可持续发展的核心，将应用到国家重大需求的人机一体化智能系统、生命健康、军事国防等领域。其中，作为柔性电子设备供电的关键材料，纤维基超级电容器 (FSCs) 具有轻质、柔性、快充、高容量、长循环寿命、稳定安全等优点成为首选材料。然而，怎么来实现FSCs兼具高机械柔性与单位体积内的包含的能量性能，从而满足在拉伸、折叠等大形变条件下为穿戴器件稳定供能，成为本领域亟待解决的挑战性课题。

  近日，浙江理工大学材料科学与工程学院武观研究员和吕汪洋教授团队，在高性能可形变超级电容器领域取得了系统原创性成果，在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Fiber Materials重要刊物上发表学术论文，为柔性新能源技术与可穿戴电子的创新发展与产业化奠定材料基础。

  1）离心静电纺丝制备的尼龙6纳米纤维膜提供了强健的机械性能，使电极材料具备优异的形变能力。多孔的网络结构、丰富的法拉第活性位点和高的电导率赋予了COF@N-Ti3C2Tx/DPA电极材料较大的界面电荷转移、良好的离子扩散动力学和显著的法拉第电容。在三电极体系下，COF@N-Ti3C2Tx/DPA电极呈现出高体积比电容 (1298.3 F cm-3 at 1 A cm-3)、优异的倍率性能 (847.3 F cm-3 at 20 A cm-3) 和良好的循环性能 (20000 cycles)。

  2）构筑的固态D-SCs具有高能量密度 (40.5 mWh cm-3) 和大比电容 (595.5 F cm-3)，为LEDs、灯笼、投影仪和智能手表供电。同时，D-SCs在5000次弯曲、2000次50%拉伸和5000次折叠后，分别具有80.7%、80.6%和83.4%的电容保持率，表现出较高的形变稳定供电能力。

  3）密度泛函理论计算了COF与Ti3C2Tx界面的电荷密度。Ti3C2Tx的平均静电势 (-5.29eV) 高于COF (1.06eV)，表明了电子在强静电场中从Ti3C2Tx迁移到COF，确保了良好的界面电子传递与COF表面充分的氧化还原反应，获得了较好的倍率性能和法拉电容。此外，H+在COF@N-Ti3C2Tx/DPA表面的吸附能 (-4.71eV) 大于Ti3C2Tx/DPA表面的吸附能 (-4.18eV)，说明了COF在Ti3C2Tx上的锚定有助于加速离子动力学迁移和存储。

  研究成果2：离心静电纺丝化学构筑石墨烯-聚苯胺分级结构织物用于可拉伸超级电容器

  1) 离心静电纺丝化学制备PANI均匀复合聚氨酯纤维织物 (cPU)。在苯胺单体和氧化石墨烯 (GO) 溶液中，cPU中的PANI可诱导更多的苯胺单体在其表面聚合，苯胺单体聚合的同时又能还原GO形成还原氧化石墨烯。经过两步自组装反应制备的G-PANI，可以有明显效果地地桥接在cPU纤维表面，形成了高柔性与稳固的复合电极材料。G-PANI@pcPU电极具有大的活性材料负载量 (35 mg cm-2)、高的延伸率、相互交联的3D网络和快速的界面电荷转移，可以在一定程度上促进电解质离子的动力学扩散和嵌入。在三电极体系下，G-PANI@pcPU表现出超高的面积电容 (5093.7 mF cm−2 at 1 mA cm−2 )。

  3) 得益于以上优异的力学和电化学性能，固态S-SCs实现了为LEDs、手表、电风扇和玩具车的稳定供电应用。最重要的是，S-SCs成功获得了在100%应变的条件下为LEDs稳定供电，以及在弯曲变形下为手表提供能量，为未来纤维能源的产业化与智能穿戴供电应用提供了技术参考。

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