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  近日,合肥工業(yè)大學化學與化工學院從懷萍教授課題組和中國科學技術(shù)大學俞書宏教授課題組合作，在通過一體化器件構(gòu)型設(shè)計實現(xiàn)超級可伸縮、實時自修復(fù)超級電容器的構(gòu)筑研究方面取得重要進展，相關(guān)成果以“A Highly Stretchable and Real-Time Healable Supercapacitor”為題于2019年3月28日在線發(fā)表在國際頂尖期刊《先進材料》上（Adv. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adma.201900573），論文的共同第一作者是碩士研究生陳傳瑞和青年教師秦海利博士。

  隨著可穿戴電子器件和柔性仿生器件的快速發(fā)展，可伸縮超級電容器作為新型儲能器件受到廣泛關(guān)注。該類能源器件具有高機械柔性，能夠在彎曲和拉伸等復(fù)雜機械形變時依然保持結(jié)構(gòu)完整性和高導(dǎo)電性，從而保持較高的電化學容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。研究進展表明，由于缺少有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計和完整的器件構(gòu)型，在機械形變過程中，電容器電極層與電解質(zhì)層間易產(chǎn)生錯位，嚴重降低了器件容量和穩(wěn)定性。較低的電容器性能和有限的機械形變成為制約柔性超級電容器實際應(yīng)用的兩個重要因素。另外，自修復(fù)性能對于電容器在發(fā)生機械損傷時自動修復(fù)其結(jié)構(gòu)而保持原有導(dǎo)電性和電化學性能尤為重要。然而，智能型柔性超級電容器的構(gòu)筑研究鮮有報道。

圖1.可自修復(fù)的伸縮超級電容器的構(gòu)筑示意圖。

  面對這些挑戰(zhàn)，科研人員在單體引發(fā)聚合過程中引入動態(tài)金屬配位鍵研制了具有優(yōu)異伸縮性能和光學、電學多重刺激響應(yīng)修復(fù)性能的納米復(fù)合水凝膠電極和電解質(zhì)。進一步地在凝膠電極上化學焊接銀納米線薄膜作為集流體，利用各層間豐富的金屬-硫配位作用化學鍵合構(gòu)筑了具有整體構(gòu)型的超級電容器。基于電極和電解質(zhì)優(yōu)異的本征彈性和自修復(fù)性能以及一體化器件構(gòu)型設(shè)計，所構(gòu)筑電容器的面電容值達到885 mF/cm2，拉伸應(yīng)變可達原長的8倍，展現(xiàn)了快速的光自修復(fù)能力。這是在國際上首次實現(xiàn)了電容器在充放電過程中的實時自修復(fù)。正是基于電容器各組分層的微結(jié)構(gòu)和界面作用力優(yōu)化以及整體化器件構(gòu)型設(shè)計，所構(gòu)筑器件表現(xiàn)了卓越的柔性和可修復(fù)超級電容器性能。

圖2. 超級電容器展現(xiàn)了優(yōu)異的拉伸彈性。

圖3.超級電容器展現(xiàn)了優(yōu)異的光學和電學響應(yīng)實時修復(fù)性能。

  該研究工作為今后研制智能柔性能源存儲器件提供了新的設(shè)計理念和器件構(gòu)筑方法，有望推動未來柔性、可穿戴電子器件的發(fā)展。

  上述工作得到了國家自然科學基金、國際合作項目、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、新世紀優(yōu)秀人才支持計劃、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金、安徽省自然科學基金、合肥大科學中心卓越用戶基金等項目的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900573