Chem. Soc. Rev.：用于能量转换和存储的智能纤维
朱美芳院士团队Chem. Soc. Rev.：用于能量转换和存储的智能纤维
纤维在人类漫长的发展历史中起着至关重要的作用。它们是纺织品的基本组成部分。合成纤维不仅使衣服更坚固耐用，而且还可以定制，而且更便宜。微型和可穿戴电子产品的发展促进了智能和多功能纤维的发展。特别是功能半导体和电活性材料在纤维中的应用开辟了纤维电子学的新领域。 有鉴于此，东华大学朱美芳院士等人，简要介绍了智能功能纤维的发展历史，综述了先进功能纤维在能量转换和存储方面的应用现状，重点介绍了纳米发电机、太阳能电池、超级电容器和电池。随后，讨论了通过智能结构设计集成纤维状的能量转换和存储器件的重要性。最后，指出了该领域面临的挑战和未来的发展方向。
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要点
1）总结了主要的纤维状能量转换和存储设备，包括纳米发电机，太阳能电池，超级电容器，电池及其集成设备。
从电极材料和结构设计等方面综述了纤维状太阳能电池，如DSCs、OSCs、PSCs和QDSCs。虽然固态太阳能电池更有吸引力，但其能量转换效率仍需提高。诸如超级电容器和电池之类的纤维状能量存储设备可以通过电化学反应来存储电能。考虑到可穿戴应用，建议将能量转换和存储设备集成到纤维形式中。
2）智能服装的迅速发展引起了人们对智能功能性纤维的极大兴趣。
功能纤维可生产出先进的纤维状设备，包括能量设备，传感器和医疗设备。例如，纤维形状的能量转换和存储设备比传统的块状设备显示出巨大的优势，包括但不限于重量轻，易于集成。通常，功能纤维的开发是制造纤维形器件的关键，而导电性能是功能纤维用于能源器件的基本要求。然而，传统的聚合物纤维通常是不导电的。在纤维基体中加入金属、碳基材料、导电聚合物等导电组分是实现导电纤维的有效方法。另一种策略是将导电材料直接组装成连续的宏观纤维。还可以将其他活性材料掺入导电纤维中以形成多功能导电纤维，其是构造纤维状能量转换和存储装置的基本单元。
3）虽然在过去的20年里，纤维型能量转换和存储器件的研究取得了很大的进展，但在未来的研究中仍存在一些挑战。（1）纤维状能源相关设备的功率容量仍落后于块状设备。延长其长度和直径是提高其能量转换和存储容量的主要策略。
（2）纤维型能源相关器件的性能评价没有统一的标准，如机械柔性、纤维质量/体积/面积的计算方法等。没有统一的测试标准，就不可能合理地比较不同研究报告的数据。
（3）将实验设备推向工业产品对纤维状器件来说至关重要。
（4）安全性是将纤维状能量存储和转换设备应用于智能纺织品的最关键问题。
（5）单纤维设备中的功能仍限于一个或两个。因此，对于复杂的应用场景，必须将更多功能单元集成到单个功能性纤维中。
