合工大从怀萍教授课题组和中国科大俞书宏教授课题组《Adv. Mater. 》：可实时修复的伸缩超级电容器构筑研究取得重要进展

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近日,合肥工业大学化学与化工学院从怀萍教授课题组和中国科学技术大学俞书宏教授课题组合作，在通过一体化器件构型设计实现超级可伸缩、实时自修复超级电容器的构筑研究方面取得重要进展，相关成果以“A Highly Stretchable and Real-Time Healable Supercapacitor”为题于2019年3月28日在线发表在国际顶尖期刊《先进材料》上（Adv. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adma.201900573），论文的共同第一作者是硕士研究生陈传瑞和青年教师秦海利博士。

随着可穿戴电子器件和柔性仿生器件的快速发展，可伸缩超级电容器作为新型储能器件受到广泛关注。该类能源器件具有高机械柔性，能够在弯曲和拉伸等复杂机械形变时依然保持结构完整性和高导电性，从而保持较高的电化学容量和优异的循环稳定性。研究进展表明，由于缺少有效的结构设计和完整的器件构型，在机械形变过程中，电容器电极层与电解质层间易产生错位，严重降低了器件容量和稳定性。较低的电容器性能和有限的机械形变成为制约柔性超级电容器实际应用的两个重要因素。另外，自修复性能对于电容器在发生机械损伤时自动修复其结构而保持原有导电性和电化学性能尤为重要。然而，智能型柔性超级电容器的构筑研究鲜有报道。

图1.可自修复的伸缩超级电容器的构筑示意图。

面对这些挑战，科研人员在单体引发聚合过程中引入动态金属配位键研制了具有优异伸缩性能和光学、电学多重刺激响应修复性能的纳米复合水凝胶电极和电解质。进一步地在凝胶电极上化学焊接银纳米线薄膜作为集流体，利用各层间丰富的金属-硫配位作用化学键合构筑了具有整体构型的超级电容器。基于电极和电解质优异的本征弹性和自修复性能以及一体化器件构型设计，所构筑电容器的面电容值达到885 mF/cm2，拉伸应变可达原长的8倍，展现了快速的光自修复能力。这是在国际上首次实现了电容器在充放电过程中的实时自修复。正是基于电容器各组分层的微结构和界面作用力优化以及整体化器件构型设计，所构筑器件表现了卓越的柔性和可修复超级电容器性能。

图2. 超级电容器展现了优异的拉伸弹性。

图3.超级电容器展现了优异的光学和电学响应实时修复性能。

该研究工作为今后研制智能柔性能源存储器件提供了新的设计理念和器件构筑方法，有望推动未来柔性、可穿戴电子器件的发展。

上述工作得到了国家自然科学基金、国际合作项目、国家重点基础研究发展计划、新世纪优秀人才支持计划、中央高校基本科研业务费专项资金、安徽省自然科学基金、合肥大科学中心卓越用户基金等项目的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900573

来源：合肥工业大学

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