中国报告大厅网讯，随着智能、便携、可穿戴电子产品市场需求的不断攀升，柔性储能器件成为研究焦点。在众多柔性储能材料中，基于天然纤维编织体的材料因来源丰富、价格低廉和结构设计成熟可靠等优势受到广泛关注。而棉布作为常见的天然纤维编织体，在经过一系列处理后，在储能领域展现出巨大潜力，为棉布行业的多元化发展开辟了新路径。以下是2025年棉布行业趋势分析。
以商用平纹棉布为起始原料，通过多步处理可制备出具有优异性能的柔性碳基编织体。首先，将棉布裁剪后置于管式炉中，在氮气气氛下进行碳化处理，先通氮气 30 分钟充满石英管，再以 5℃/min 的升温速度从室温升至 600℃并保温两小时，冷却后获得碳布。随后，进行氮硫共掺杂处理，将亚硫酸铵和碳布按不同质量比混合加入聚四氟乙烯反应釜，加去离子水在 200℃反应 48 小时，冲洗后得到不同样品。接着，用浓度为 0.1g/mL 的 NaOH 溶液按特定比例滴加在掺杂后的碳布上，烘干后在氩气气氛下程序升温造孔，经清洗得到刻蚀后的碳布。最后，将刻蚀后的碳布置于玻璃板上，滴加 10mg/mL 的 Mxene 水溶液，烘干后得到负载 Mxene 的功能化碳布。这一系列过程中，棉布经历了从天然纤维到功能化碳基材料的转变，为其储能性能的提升奠定了基础。
《2025-2030年全球及中国棉布行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，棉布经过碳化后，纤维出现大量扭曲，直径明显缩小，纤维间产生大量空隙，表面出现褶皱甚至孔洞，这是由于高温下有机物挥发、纤维碳化所致。经过氮硫共掺杂、强碱刻蚀和 Mxene 负载后，纤维的扭曲变形和破损加剧，表面出现大量 Mxene。在孔结构方面，以特定样品为例，强碱造孔后，碳布表面的平均孔径从 36.44nm 减小到 2.03nm，比表面积从 1.78m²/g 大幅增加到 1043.37m²/g，增幅高达 58516%，总孔容从 0.0162mL/g 提高到 0.53mL/g，且微孔孔径分布主要集中在 3-4nm，分布曲线呈单峰。化学组成上，碳化后的碳布经 XPS 表征，可见特定的碳元素结合能峰，氮硫共掺杂后出现新的结合能峰，证实了 N、S 元素的成功掺杂，其中氮元素以吡啶氮、吡咯氮、石墨氮形式存在，硫元素以噻吩态和氧化态存在。同时，红外光谱显示棉布碳化后大部分有机基团被去除，热稳定性显著提高。
对处理后的棉布衍生碳基材料进行电化学性能检测，在标准三电极体系中，以 1M 硫酸水溶液为电解液，通过循环伏安和恒电流充放电法测试。结果显示，在低扫描速率下，样品的循环伏安曲线呈近矩形，表明以双电层形式存储电荷为主;随着扫描速率增加，曲线形状发生变化。恒电流充放电曲线显示，充放电时间随电流密度增加而减少，但不同电流密度下曲线形状相似。当电流密度为 1A/g 时，CNS-30P-M 样品的比电容达到 531F/g，CNS-50P-M 样品也有较高比电容。然而，材料存在明显的倍率性能问题，以 CNS-30P-M 为例，在电流密度为 1A/g、2A/g、5A/g、10A/g、20A/g 时，比电容分别为 531F/g、429F/g、320F/g、218F/g、90F/g，电容保持率仅为 17%，储能性能稳定性也有待提升。
针对棉布衍生碳基材料存在的倍率性能差和储能性能不稳定问题，可从多个方面进行改进。调整侵蚀造孔剂的比例和种类，调节碳布基体的微观结构，增加微孔、大尺寸中孔和宏观管状孔的数量，提升比表面积，促进电解质离子扩散，改善循环和倍率性能。通过水热等方式在多孔碳布表面负载纳米线、纳米棒结构，构建层状结构，增加比表面积，增强电学性能。采用锌辅助电沉积方式代替简单浸渍，提高 Mxene 活性导电填料在碳布表面的负载稳定性，从而改善材料的倍率性能和循环性能。同时，调整材料表面官能团掺杂量和活性物质与碳布的结合强度，也是提升性能的重要途径。
本文围绕棉布衍生的柔性碳基编织体展开研究，通过多步处理对商用棉布进行功能化改造。结果表明，处理后的材料保持了良好的柔性，实现了 N、S 元素共掺杂，微观结构显著改善，比表面积等参数大幅提升，获得了 531F/g 的高比电容。但材料存在倍率性能差和储能性能不稳定的问题，后续可通过调整造孔剂、改善负载方式等进行优化。这一研究为棉布在柔性储能领域的应用提供了数据支撑和改进方向，也展现了棉布行业在功能化应用方面的广阔前景。
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