储能纤维的制备主要包括哪些步骤？

目前，储能纤维的制备主要涉及三个步骤：

纤维电极制备

对于纤维型器件，其电极制备方法对器件的储能性能和稳定性至关重要。 目前，制备方法主要分为三大类：涂覆法、电沉积法、纺丝法。

涂覆法，即以纤维或纱线作为基底，通过在其表面进行涂层处理以负载目 标活性材料的方法。其优点在于适于大规模量产，但缺点是影响织物的透气性， 而且不持久，难以循环使用。

电沉积法，即在外加电源下，通过电解池阳极上的氧化反应或阴极上的还 原反应在纤维及纱线表面形成活性材料沉积层的方法。与涂覆法和纺丝法相比，电沉积法制备的活性材料负载量一般较低，但优点在于环保、低成本、活性材 料种类及载量可调。

纺丝法，主要基于溶液在基底上的喷射、沉积和干燥技术，这一方法可以 解决电极材料和织物支撑基底之间界面黏合性较差的问题，同时还能大幅提高 活性物质的负载量。复旦大学彭慧胜团队在《自然-纳米技术》上发布的储能纤 维研究成果就采用了湿法纺丝法。

器件结构设计

由于纤维型储能器件通常会面临弯曲、折叠、扭曲、伸缩等形变，纤维电 极的结构设计成为研究及应用的关键。目前，对于单根纤维器件的结构设计， 主要包括平行型、缠绕型、包芯型和连串型。

平行型，即在平面基底上平行放置两根及以上的电极材料，电极之间为电 解质，其结构类似于传统三明治结构的电极/电解质/电极的组成顺序。这一类似 并联结构的组装类型能增加集成器件的总能量和电压，但刚性较强，不易弯折。

缠绕型，即将两根及以上的纤维电极进行扭曲缠绕在一起。该结构无需平 面基底承载，能轻易地应用编织技术在日常服饰中作为能量储存单元。然而， 也存在缠绕的纤维电极接触面积较小的缺点，反应活性位点较少。

包芯型，即由内外电极组成的类似于核壳结构的器件结构。该类型结构同 样无需平面基底的承载，两电极之间具有较大的接触面积，在弯曲状态下能保 持器件结构的完整性。但该结构存在组装难度大、难以保证内外电极紧密包覆 等问题。

连串型，即两个纤维状的电极以串联式放置，并通过电解质相连。该结构 的储能装置通过电极串联可倍增其存储容量，但存在无法与活性材料充分接触 的问题。为解决此问题，彭慧胜团队基于电鳗放电机理，通过将 1000 个纤维电 极集成在一个 12m 长的纤维基超级电容器中，实现了 1000V 的输出电压。

电解质选择

电解质是影响电化学储能装置储能性能的一个重要因素，合理选择电解质 能有效地提高其能量密度和功率密度。常用的电解质一般分为水系电解质、离 子/有机液体电解质和凝胶/固态液体电解质。 水系电解质具有较高的离子电导率，但由于水分解电位的限制，水系电解 质的电压窗口较窄，一定程度上限制了其储能性能。 离子液体电解质和有机液体电解质虽然能有效增加电压窗口的范围，但其离子电导率较低，且液体电解质因具有一定毒性，在使用过程中容易泄漏。

凝胶/固态电解质主要指质子传导凝胶聚合物电解质（H2SO4-PVA、磷酸聚乙烯醇等），具有较好的机械性能、封装简单、不易泄漏，且大部分凝胶/固态 电解质不易燃，低毒或无毒，可在较大温度范围内应用。