澳大利亞相關研究人員展示了使用浸漬在碳纖維 (CF) 織物上的石墨烯氣凝膠 (GA) 的連續網絡來制備碳纖維增強復合材料的結構超級電容器的設計。GA 是通過氧化石墨烯前驅體的水熱工藝合成的，該工藝使 GA 能夠熱還原和自組裝到 CF 織物上。采用樹脂灌注技術，使用GA改性CF、靜電紡絲隔膜和離子液體改性環氧電解質，制備了復合超級電容器。用高度互連和多孔的 GA 對 CFs 進行改性，顯著改善了 CFs 的表面積，從而獲得了優異的電子傳輸性能。含28% GA的CF 織物在1mVs-1的電容值為92.5 F g?1，是純CF織物電容的550倍，在10000次充放電循環后電容保持率為98%。GA改性CF增強復合材料的電容高可達56 mF g?1。本研究為碳纖維增強復合材料的儲能應用提供了一種實用的方法。

　　結構復合材料的儲能技術越來越受到人們的關注，其中包括多功能復合材料的使用，由于其優越的電氣、化學、熱、機械和電磁性能，這種復合材料不僅具有結構上的優點，還具有“雙重功能”。

　　近日，澳大利亞斯威本科技大學的Nisa Salim等相關研究人員展示了一種創新的方法來創造“結構電池和超級電容器”，既可作為輕巧而堅固的結構部件，也可作為電池。研究人員開發了新的方法，使碳纖維復合材料成為結構超級電容器，使其有望在未來的運輸系統中實現質量、空間和節能的多功能功能。

　　通常，超級電容器由兩個電極、電解質和隔膜組成。同樣，結構超級電容器是通過排列改性碳纖維織物電極來制造的，電極由絕緣織物或聚合物膜隔開，并注入聚合物電解質。碳纖維復合材料可以在儲存（和輸送）電能的同時承載機械載荷。然而，碳纖維具有非常有限的有效表面積，這使得它們幾乎無法儲存實際應用所需的大量電化學能量。實現碳纖維的高表面積被認為是實現其作為電化學儲能電極材料潛力的關鍵的挑戰之一。

　　存在不同的技術來提高 CF 織物的表面積，例如活化、碳納米管接枝技術和碳纖維表面涂層技術。活化CF 具有高表面積，通常用作超級電容器的電極材料。然而，由于石墨化程度低和碳纖維表面的蝕刻，碳纖維的活化導致其力學性能顯著下降。此外，這種活化過程是不經濟的，因為它需要延長制備時間和使用金屬氧化物。

　　采用不同的碳材料對碳纖維進行表面改性。與膨脹石墨、碳納米管和活性炭相比，石墨烯基材料具有較高的機械強度、相對易分散、高比表面積和高導電性等優點。為了避免石墨烯片的自聚集，通常將其組裝成三維建筑結構，以保持其較高的比表面積。在近的研究中，石墨烯氣凝膠(GA)因其微觀和宏觀多孔結構、三維互聯框架良好的力學穩定性、以及可作為單片襯底加載各種納米材料而被廣泛應用于超級電容器應用中。石墨烯氣凝膠是通過將石墨烯納米片組裝成交聯網絡而制備的。在高濃度氧化石墨烯溶液中，水熱過程中的π-π堆積過程和冷凍干燥過程使得石墨烯氣凝膠在范德華力作用下物理接觸并形成穩定的三維網絡結構。

　　本研究以未經過任何活化或其他表面修飾的CFs為基底，開發了一種基于石墨烯氣凝膠(GA)修飾CF電極的多功能結構超級電容器。通過探索水相氧化石墨烯的水熱自組裝工藝制備了GA，并將其與碳纖維(CFs)結合以提高比表面積，終提高結構超級電容器的存儲容量。采用不同的負載量來確定GA負載對超級電容器電化學性能的影響。由于靜電紡絲納米薄膜的高孔隙率和極低的厚度，從而大限度地降低了結構超級電容器的內阻，因此被用作隔膜材料。此外，它具有離子導電性和電絕緣性，這使得它適合于隔膜功能。使用薄的靜電紡納米纖維隔膜也防止了設備中電極的短路。