中國報告大廳網訊，隨著智能、便攜、可穿戴電子產品市場需求的不斷攀升，柔性儲能器件成為研究焦點。在眾多柔性儲能材料中，基於天然纖維編織體的材料因來源豐富、價格低廉和結構設計成熟可靠等優勢受到廣泛關注。而棉布作為常見的天然纖維編織體，在經過一系列處理後，在儲能領域展現出巨大潛力，為棉布行業的多元化發展開闢了新路徑。以下是2025年棉布行業趨勢分析。

  一、棉布為基的柔性碳基編織體製備：多步處理實現材料功能化轉變

  以商用平紋棉布為起始原料，通過多步處理可製備出具有優異性能的柔性碳基編織體。首先，將棉布裁剪後置於管式爐中，在氮氣氣氛下進行碳化處理，先通氮氣 30 分鐘充滿石英管，再以 5℃/min 的升溫速度從室溫升至 600℃並保溫兩小時，冷卻後獲得碳布。隨後，進行氮硫共摻雜處理，將亞硫酸銨和碳布按不同質量比混合加入聚四氟乙烯反應釜，加去離子水在 200℃反應 48 小時，沖洗後得到不同樣品。接著，用濃度為 0.1g/mL 的 NaOH 溶液按特定比例滴加在摻雜後的碳布上，烘乾後在氬氣氣氛下程序升溫造孔，經清洗得到刻蝕後的碳布。最後，將刻蝕後的碳布置於玻璃板上，滴加 10mg/mL 的 Mxene 水溶液，烘乾後得到負載 Mxene 的功能化碳布。這一系列過程中，棉布經歷了從天然纖維到功能化碳基材料的轉變，為其儲能性能的提升奠定了基礎。

  二、棉布衍生材料的微觀結構與化學組成變化：多步處理帶來顯著改善

  《2025-2030年全球及中國棉布行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，棉布經過碳化後，纖維出現大量扭曲，直徑明顯縮小，纖維間產生大量空隙，表面出現褶皺甚至孔洞，這是由於高溫下有機物揮發、纖維碳化所致。經過氮硫共摻雜、強鹼刻蝕和 Mxene 負載後，纖維的扭曲變形和破損加劇，表面出現大量 Mxene。在孔結構方面，以特定樣品為例，強鹼造孔後，碳布表面的平均孔徑從 36.44nm 減小到 2.03nm，比表面積從 1.78m²/g 大幅增加到 1043.37m²/g，增幅高達 58516%，總孔容從 0.0162mL/g 提高到 0.53mL/g，且微孔孔徑分布主要集中在 3-4nm，分布曲線呈單峰。化學組成上，碳化後的碳布經 XPS 表徵，可見特定的碳元素結合能峰，氮硫共摻雜後出現新的結合能峰，證實了 N、S 元素的成功摻雜，其中氮元素以吡啶氮、吡咯氮、石墨氮形式存在，硫元素以噻吩態和氧化態存在。同時，紅外光譜顯示棉布碳化後大部分有機基團被去除，熱穩定性顯著提高。

  三、棉布衍生碳基材料的儲能性能：高比電容與現存問題並存

  對處理後的棉布衍生碳基材料進行電化學性能檢測，在標準三電極體系中，以 1M 硫酸水溶液為電解液，通過循環伏安和恆電流充放電法測試。結果顯示，在低掃描速率下，樣品的循環伏安曲線呈近矩形，表明以雙電層形式存儲電荷為主;隨著掃描速率增加，曲線形狀發生變化。恆電流充放電曲線顯示，充放電時間隨電流密度增加而減少，但不同電流密度下曲線形狀相似。當電流密度為 1A/g 時，CNS-30P-M 樣品的比電容達到 531F/g，CNS-50P-M 樣品也有較高比電容。然而，材料存在明顯的倍率性能問題，以 CNS-30P-M 為例，在電流密度為 1A/g、2A/g、5A/g、10A/g、20A/g 時，比電容分別為 531F/g、429F/g、320F/g、218F/g、90F/g，電容保持率僅為 17%，儲能性能穩定性也有待提升。

  四、棉布衍生儲能材料的改進方向：針對性優化提升性能

  針對棉布衍生碳基材料存在的倍率性能差和儲能性能不穩定問題，可從多個方面進行改進。調整侵蝕造孔劑的比例和種類，調節碳布基體的微觀結構，增加微孔、大尺寸中孔和宏觀管狀孔的數量，提升比表面積，促進電解質離子擴散，改善循環和倍率性能。通過水熱等方式在多孔碳布表面負載納米線、納米棒結構，構建層狀結構，增加比表面積，增強電學性能。採用鋅輔助電沉積方式代替簡單浸漬，提高 Mxene 活性導電填料在碳布表面的負載穩定性，從而改善材料的倍率性能和循環性能。同時，調整材料表面官能團摻雜量和活性物質與碳布的結合強度，也是提升性能的重要途徑。

  總結

  本文圍繞棉布衍生的柔性碳基編織體展開研究，通過多步處理對商用棉布進行功能化改造。結果表明，處理後的材料保持了良好的柔性，實現了 N、S 元素共摻雜，微觀結構顯著改善，比表面積等參數大幅提升，獲得了 531F/g 的高比電容。但材料存在倍率性能差和儲能性能不穩定的問題，後續可通過調整造孔劑、改善負載方式等進行優化。這一研究為棉布在柔性儲能領域的應用提供了數據支撐和改進方向，也展現了棉布行業在功能化應用方面的廣闊前景。