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  日前，同濟(jì)大學(xué)陳濤教授課題組在Nature Communications上發(fā)表了題為“Ultrastretchable and superior healable supercapacitors based on a double cross-linked hydrogel electrolyte”的研究論文。論文報道了一種基于新型高分子復(fù)合水凝膠的超級電容器，該電容器不僅具有超高的可拉伸性，還能夠在紅外光照或加熱條件下實現(xiàn)快速修復(fù)，且具有較高的容量保持率。該論文通訊作者是陳濤教授，第一作者是化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院2016級博士生李惠麗。

  具有抗拉伸、可修復(fù)的柔性、智能、可穿戴電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的剛性、塊狀電池顯然難以滿足上述電子器件的需求，亟需開發(fā)與之相匹配的可修復(fù)、抗機械力破壞的能量儲存器件。盡管之前已有可修復(fù)且可拉伸的超級電容器的相關(guān)報道，但是它們的修復(fù)性能較差，并且能夠承受的斷裂/修復(fù)循環(huán)次數(shù)較少，主要是因為構(gòu)成超級電容器的電極材料和凝膠電解質(zhì)的可修復(fù)性能較差。對于凝膠電解質(zhì)而言，目前普遍采用的聚乙烯醇基凝膠電解質(zhì)本身并不具有可修復(fù)性和拉伸性能，而具有三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子水凝膠則可以通過功能化賦予其較高的離子電導(dǎo)率、可修復(fù)行和可拉伸性能，有望實現(xiàn)具有超高可拉伸性、可愈合的多功能超級電容器。

  基于上述考慮，陳濤教授課題組以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAEMA）為單體、以鋰藻土（Laponite）和氧化石墨烯（GO）為雙重交聯(lián)劑，通過簡單的自由基共聚反應(yīng)合成了雙重交聯(lián)的聚-(AMPS-co-DMAEMA)/Laponite/GO高分子復(fù)合水凝膠，并通過改變聚合體系中單體、交聯(lián)劑等的含量對高分子復(fù)合水凝膠的力學(xué)性能、離子導(dǎo)電性及可修復(fù)性進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)控。以該高分子復(fù)合水凝膠取代傳統(tǒng)的聚乙烯醇基凝膠電解質(zhì)、以碳納米管或其復(fù)合膜作為電極材料，通過預(yù)拉伸水凝膠電解質(zhì)，構(gòu)筑了雙電極體系的超級電容器器件。

  上述方法所制備的超級電容器表現(xiàn)出超高的可拉伸性，在被拉伸至初始長度的10倍時，器件的容量僅衰減13%；同時，被切斷的超級電容器在紅外光（波長808 nm）及加熱（80 ℃）兩種條件下均能進(jìn)行修復(fù)，器件被切斷/愈合15-20次，其容量保持率依然在90%以上，表現(xiàn)出優(yōu)異的可修復(fù)性。值得一提的是，被切斷/修復(fù)后的超級電容器不僅能保持其電化學(xué)性能，還能保持其超高的可拉伸性能（900%），且被拉伸900%時其容量僅僅衰減15%左右。高分子水凝膠具有柔性好、制備工藝簡單、易功能化設(shè)計等特點，在柔性、智能、可穿戴能量儲存或轉(zhuǎn)換器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

  該工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市教委、上海市科委、上海市委組織部、中央高�；緲I(yè)務(wù)費和同濟(jì)大學(xué)基金等項目的支持。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08320-z