超级电容器是一种能量存储装置，其以极快的充电/放电速率存储和释放电能从而呈现高功率密度、具有长循环寿命、低维护成本和安全操作性，在车辆，便携式电子设备，存储备份系统和其他电子行业中应用具有显著的优势。在过去几十年中，作为超级电容器电极材料的各种碳质材料，例如活性炭，碳纳米管，碳纳米纤维，石墨烯等已经得到广泛研究，特别是活性炭材料已经用于商业化的超级电容器电极材料中。而3D纤维气凝胶由于具有比表面积大、机械强度高、质轻等特点近年来得到广泛的关注。

　　日前，北京化工大学杨冬芝课题组发明了“一种柔性可压缩3D全碳纳米纤维气凝胶及其制备方法”，并已经申请专利，专利号201810136590.9。据悉，课题组以电纺聚丙烯腈纳米纤维为原料，采用冷冻干燥技术，经过表面化学诱导自组装交联，构建3D纤维状气凝胶，且在纤维上原位生长碳纳米管，一方面解决了3D纤维网络内纤维之间的界面接触电阻，另一方面通过原位生长碳纳米管提升导电性，进而提升超级电容器的比容量。并且，该该方法简单，制备的3D纤维状气凝胶作为超级电容器的电极材料表现出良好的电化学性能。

图1为3D纤维状气凝胶制备流程图。

　　据了解，现3D纳米纤维气凝胶用于超级电容器主要存在不足是：①制备较为复杂；②力学强度和回弹性差；③容量值偏低，其主要原因在于3D结构纤维状气凝胶的基体导电性差，而单根纤维的导电性是可以通过碳材料的预氧化和热处理来改善，但是构成3D结构的纤维直接的界面接触电阻是抑制其导电性提升的一个最主要方面。

　　鉴于此，该专利提供一种新型、简单的方法，采用一种表面化学诱导自组装策略，解决纤维之间界面接触电阻问题。具体来讲，用两种分别含有Co2+与2-甲基咪唑的电纺纳米纤维作为骨架，利用Co2+与2-甲基咪唑之间可以形成配位键的化学原理来构建纤维网络交叉点的化学连接，并同时辅助构建3D纤维状气凝胶，Co2+经过热还原，形成Co单质并作为催化剂催化碳纳米纤维表面碳纳米管的生长，同时可以促进石墨化程度。经过碳化，刻蚀等过程最终得到一种同时具有高弹性低密度且纤维表面长有CNTs的N-掺杂全碳纳米纤维气凝胶。

图2ab分别为3D纤维状气凝胶碳化前后数码照片

图3abc分别为3D纤维状气凝胶压缩前后及压缩回弹后数码照片

图4ab为碳化后3D纤维状气凝胶不同放大倍数的SEM图

　　该发明涉及的3D全碳纳米纤维气凝胶作为一种新型三维结构形式的碳基材料，具有比表面积大、孔隙率高、丰富的多级孔结构、保证电解液充分浸润和流动、导电性良好、机械强度高、可反复压缩和回弹、密度小等特点，该气凝胶内部形成的大孔有利于电解液的进入，介孔和微孔促进电解液的吸附和解析，化学交联导电网络有利于电子的传输，消除纤维之间的界面电阻，作为柔性储能超级电容器电极材料具有独特的优势，表现出良好的电化学性能，在电流密度为1A g-1时比容量达到302F g-1，在体积压缩一半时，比电容仍可保留280F g-1以上，循环充放电3000次以后，电容保留率仍达到90％以上。

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