柔性超级电容器（Flexible Supercapacitors，FSCs）具有高功率密度、长循环寿命及良好可拉伸性能、形变恢复能力等优势，在柔性电子器件供能方面显示出巨大的应用前景。然而，现有的导电水凝胶大多存在可降解性能差、离子导电率低、不具备自修复性能等问题；此外，扩宽导电水凝胶的温度使用范围也是亟需解决的难题。

图1 CPC CHs的制备及FSC的组装示意图

图2SA-Borax/Gelatin CHs 、CPC CHs的机械性能和导电性能研究（a）不同Gelatin含量的SA-Borax/Gelatin CHs实物图；（b） SA-Borax/Gelatin CHs和CPC CHs的断裂强度；（c）SA-Borax/Gelatin CHs和CPC CHs的断裂延展率；（d）SA-Borax/Gelatin CHs和CPC CHs的韧性和杨氏模量；（e）CPC CHs的流变性能；（f）CPC CHs的加载-卸载曲线；（g）SA-Borax/Gelatin CHs和CPC CHs的离子电导率；（h）SA-Borax/Gelatin CHs和CPC CHs的循环拉伸电阻变化率。

  对水凝胶的机械性能和导电性能进行研究（图2）。将Gelatin引入SA-Borax水凝胶体系后，水凝胶显示出良好的自支撑性能和柔性。随Gelatin含量增加，水凝胶的断裂强度由25 KPa提升至38 KPa（图2b），延展率由83.1%提升至165.4 %（图2c）。引入Na₂SO₄?10H₂O后，其微晶增强效应使CPC CHs的断裂强度最高达到52 KPa，延展率达到305.7 %；水凝胶的韧性也由41 kJ·m³提升至91 kJ·m³（图2d）。加载-卸载测试曲线（图2f）表明，CPC CHs在拉伸过程中内耗能和模量基本保持稳定，表现出优异的抗疲劳特性。

图3 CPC CHs的相变性能研究。（a）（b）不同样品温度随时间变化的升降温曲线；（c）（d）Na₂SO₄?10H₂O引入前后，FSC电化学性能变化。

图4 Na₂SO₄?10H₂O相变过程的分子动力学模拟。（a）CPC CHs模型及其建立过程；（b）（c） Na₂SO₄?10H₂O分别在CPC CHs及纯水体系中的相变特征。（1）不同温度下SO₄^2-的 MSD；（2）不同温度下SO₄^2-的自扩散系数；（3）不同温度下体系的平均势能变化。

  以CPC CHs（15 wt.% Gelatin）为电解质，PANI为电极，组装成FSC，对其电化学性能进行研究（图5）。组装的FSC电阻值为5.54 Ω；当电流密度为0.25 A/g时，其最大比电容可达185.3 F/g，能量密度最高可达18.89 Wh·kg^-1，且10000次循环后电容保持率在70%以上，具有良好的电化学稳定性。

图7 CPC CHs及FSC的自修复性能。（a）：CPC CHs自修复照片；（b）： CPC CHs 断裂截面的SEM（×500）（b1）及自修复界面的SEM ×200（b2）、 ×1000（b3）; （c）自修复前后FSC的电化学性能对比。  

  动态硼酸酯键的存在使得CPC CHs显示出优异的自修复性能。组装的FSC在自修复（20 min）前后电化学性能几乎不变。

  上述研究探索了基于绿色柔性超级电容器在极端环境下的使用需求，构建动态自修复双网络水凝胶及复合相变材料的策略，获得了一种改善水凝胶温度敏感性的有效途径，对实现导电水凝胶的功能化及其在柔性电子器件中的应用具有重要的实用价值和理论指导意义。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c11973