浙理工武观/诺森比亚徐斌Nano Letters：石墨烯复合织物超级电容器新进展

摘要：当今，织物超级电容器具有快充、高容量、长循环寿命、稳定形变等优点是为柔性电子器件、可穿戴设备、智能纺织品供电的关键材料之一。然而，受限于纤维间耦合弱、界面电子传导差、离子动力学传质慢、电荷存储少，造成器件呈现出较低的能量密度和穿戴供电能力。因此，如何设计织物的

当今，织物超级电容器具有快充、高容量、长循环寿命、稳定形变等优点是为柔性电子器件、可穿戴设备、智能纺织品供电的关键材料之一。然而，受限于纤维间耦合弱、界面电子传导差、离子动力学传质慢、电荷存储少，造成器件呈现出较低的能量密度和穿戴供电能力。因此，如何设计织物的先进纳微结构与电化学活性，从而强化器件中电荷传递与存储，是柔性储能领域的挑战性课题之一。

近日，浙江理工大学武观研究员、诺森比亚大学徐斌教授、加州大学洛杉矶分校贺曦敏教授合作，以设计纤维间融合交联、电荷动力学传递快、电化学电容高为导向，通过微流控纺丝与原位生长方法，构筑了分级结构多金属氧化物@石墨烯复合织物电极 (Cu-MO@GFF)，实现了柔性超级电容器高能量密度、循环稳定性与可穿戴供电应用。该研究成果于近日发表在国际知名期刊《Nano Letters》上 (A hierarchical multi-metal oxides@graphene fabric electrode with high energy density and robust cycling performance for flexible supercapacitors, 2025, DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c00104) 。

该工作基于微流体湿熔纺丝技术与水热反应方法制备了Cu-MO@GFF。通过Mn、Co、Ni和Zn过渡金属元素掺杂，Cu-MO@GFF中引入丰富的氧空位、结构缺陷、多孔通道和活性位点，赋予了织物电极优异的特点：离子动力学传质加快、离子吸附能垒降低、界面电子传导增强、法拉第反应动力学优化、机械性能提高。因此，在6M KOH电解液中，Cu-MO@GFF展现出优异的比电容 (534 F g⁻¹)、高倍率性能 (10 A g⁻¹时仍保持266 F g⁻¹) 以及良好的循环稳定性(20,000次循环后电容保持率为96.9%)。再者，构筑的全固态织物超级电容器表现出高能量密度(11.875 Wh kg⁻¹)、耐弯折供电与循环寿命性能，实现了为发光标签、智能手环、可穿戴手表等设备稳定供能。

浙江理工大学硕士研究生刘云川作为论文的第一作者，浙江理工大学武观研究员、加州大学贺曦敏教授、诺森比亚大学徐斌教授作为论文的共同通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金，浙江理工大学基金等项目资助。