謝續明&支春義Angew. Chem. Int. Ed: 聚丙烯酰胺水凝膠制備可拉伸和壓縮的超級電容器

【引言】

近年來柔性電子產品（可穿戴的能源和柔性機器人）得到飛速發展，因此對柔性超級電容器提出了新的要求，即具有高拉伸性，壓縮性和高電導率。然而，目前廣泛使用的聚乙烯醇（PVA）基電解質既不能可拉伸也不能壓縮。因此急需制備一種高拉伸性，壓縮性和導電性的電解質基底。

【成果簡介】

目前而言，在柔性能源領域中尋找一種高拉伸壓縮性和高導電性的電解質具有十分重要的作用。近日，清華大學謝續明教授和香港城市大學支春義教授（共同通訊）在Angew. Chem. Int. Ed.上發文，題名“An Intrinsically Stretchable and Compressible Supercapacitor Containing a Polyacrylamide Hydrogel Electrolyte”。文中通過一種簡單的方法制備出了聚丙烯酰胺-乙烯基硅顆粒（VSNPs–PAM）復合物，并將其作為超級電容器電極材料的基底。該材料展現出十分優異的性能，高延伸性 (拉伸量達1000%), 高壓縮性 (承受自身257倍重量，壓縮量為50%保持99.4%的電容量)和良好的導電性。該種新型復合物為以后制備一種高柔性，可拉伸性能的能量存儲器件提供了新的思路。

【圖文導讀】

圖1 VSNPs–PAM復合物制備，以及拉伸壓縮示意圖

圖a. 制備VSNPs和VSNPs–PAM示意圖。

圖b. 拉伸1000%時超級電容器的示意圖，以及PPy@CNT電極SEM圖片。

圖c. 展示了該超級電容器在承載自身257倍重量時，壓縮形變量為50%。

圖2 VSNPs–PAM拉伸壓縮微觀示意圖

圖a. 所制備VSNPs–PAM的應力-拉伸曲線（左圖未拉伸狀態，右圖拉伸狀態，展示了材料具有良好的拉伸性）。

圖b. 展示了該材料在拉伸和壓縮狀態下的示意圖。

圖c.VSNPs–PAM凝膠的冷凍干燥的SEM圖。

圖d. VSNPs–PAM凝膠的離子導電率（圖中展示了該凝膠膜具有良好的導電性可以當作導線連接外電路）。

圖3 VSNPs–PAM作為電極材料基底的電化學性能

圖a. 掃速5-100 mV?s^?1的CV圖。

圖b. 電流0.1-5 mA的充放電圖。

圖c. 拉伸范圍0-1000%時充放電圖。

圖d. 不同拉伸情況下的電容（圖中為拉伸0%和1000%的光學照片）。

圖e. 不同壓縮量的充放電圖（紅色代表承受自身40倍重量壓縮形變量8%；綠色承受77倍壓縮形變量15%；藍色承受257倍壓縮形變量50%）

圖f. 不同壓縮情況下的電容保持量（圖中光學照片圖為承受不同重物時壓縮量）

【小結】

這項工作介紹了一種新的聚合物可用于超級電容器電解質，即由VSNP交聯PAM所組成的水凝膠，該電解質具有良好的拉伸性能，可以容易地拉伸到1500％，并且具有良好的離子導電性。基于該高聚物電解質制造的超級電容器具有前所未有的超強拉伸性（達到1000％應變，并使電容增強）和高度可壓縮性（達50％的壓縮性，保持電容）。該超強性能電解質為現代的電子產品，如柔性儲能裝置和柔性機器人系統研發提供了方向。

文獻鏈接：An Intrinsically Stretchable and Compressible Supercapacitor Containing a Polyacrylamide Hydrogel Electrolyte（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1- 6）

本文由材料人新能源學術組 吳淏 供稿，材料牛整理編輯。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com

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