水系一体化可拉伸超级电容器(ISSCs)因其本征安全性,使其在可穿戴电子产品中具有广阔的应用前景。然而,传统水凝胶电解质具有窄的电化学稳定窗口(ESW)和不理想的界面接触,导致了水系ISSCs能量密度偏低和动态电化学稳定性差等缺陷,严重制约了其实用进程。为解决上述问题,基于早期提出的“同质一体化可拉伸器件”设计策略(Energy Storage Materials 2021, 39, 130-138),并结合具有2.3 V稳定工作电压窗口的“盐包水/乙腈”双亲性凝胶电解质(ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14, 622–632),设计合成了具有封端效应的双亲性聚氨酯前驱体溶液APU;采用静电纺丝技术在掺杂型碳基可拉伸正、负极表面原位形成蚁穴型有机/水凝胶电解质前驱体sAPU;再经过对折压合、后固化和浸渍等工艺构筑了PU基的一体化可拉伸器件。得益于这种蚁穴型有机/水凝胶电解质(sAPUGE)的高离子电导率、宽ESW和高粘性等特点以及与电极之间化学键合和机械啮合的协同效应,该器件呈现高的能量密度和优异的动态电化学稳定性,500次循环拉伸后比电容保持率为96.4%,且当功率密度为0.126 W cm-3时,能量密度高达13.7 mWh cm-3。该工作以“Integrated Construction Improving Electrochemical Performance of Stretchable Supercapacitors Based on Ant-nest Amphiphilic Gel Electrolytes”为题发表在《Small》上(DOI: 10.1002/smll.202204357)。文章第一作者是华东理工大学穆宏春博士,章泽锴博士。该研究得到国家自然科学基金委的支持。
1. “蚁穴型”双亲性聚氨酯(sAPU)的合成
图1 sAPU膜的制备工艺、形成机理及其结构表征
2. 高离子通量蚁穴型水/有机凝胶电解质的构筑
![](/UploadFile/IndustryNewsPic/20221027141116_2629.png)
图2 sAPUGE的结构模型及理化性能
3. 本征可拉伸电极(N/S-AC@PUSC和S-AC@PUSC)的制备及适配性调控
![](/UploadFile/IndustryNewsPic/20221027141149_3959.png)
图3杂原子掺杂活性炭电极材料的合成、形貌及量子电容的理论计算
图4 PUSC可拉伸集流体的电子传输动态稳定性及相应可拉伸电极性能的适配性
4. 化学键合和机械啮合的协同作用赋予器件稳定性能的输出
![](/UploadFile/IndustryNewsPic/20221027141326_2032.png)
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202204357
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