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  近日,合肥工業大學化學與化工學院從懷萍教授課題組和中國科學技術大學俞書宏教授課題組合作，在通過一體化器件構型設計實現超級可伸縮、實時自修復超級電容器的構筑研究方面取得重要進展，相關成果以“A Highly Stretchable and Real-Time Healable Supercapacitor”為題于2019年3月28日在線發表在國際頂尖期刊《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展，可伸縮超級電容器作為新型儲能器件受到廣泛關注。該類能源器件具有高機械柔性，能夠在彎曲和拉伸等復雜機械形變時依然保持結構完整性和高導電性，從而保持較高的電化學容量和優異的循環穩定性。研究進展表明，由于缺少有效的結構設計和完整的器件構型，在機械形變過程中，電容器電極層與電解質層間易產生錯位，嚴重降低了器件容量和穩定性。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用的兩個重要因素。另外，自修復性能對于電容器在發生機械損傷時自動修復其結構而保持原有導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筑研究鮮有報道。

圖1.可自修復的伸縮超級電容器的構筑示意圖。

  面對這些挑戰，科研人員在單體引發聚合過程中引入動態金屬配位鍵研制了具有優異伸縮性能和光學、電學多重刺激響應修復性能的納米復合水凝膠電極和電解質。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筑了具有整體構型的超級電容器。基于電極和電解質優異的本征彈性和自修復性能以及一體化器件構型設計，所構筑電容器的面電容值達到885 mF/cm2，拉伸應變可達原長的8倍，展現了快速的光自修復能力。這是在國際上首次實現了電容器在充放電過程中的實時自修復。正是基于電容器各組分層的微結構和界面作用力優化以及整體化器件構型設計，所構筑器件表現了卓越的柔性和可修復超級電容器性能。

圖2. 超級電容器展現了優異的拉伸彈性。

圖3.超級電容器展現了優異的光學和電學響應實時修復性能。

  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計理念和器件構筑方法，有望推動未來柔性、可穿戴電子器件的發展。

  上述工作得到了國家自然科學基金、國際合作項目、國家重點基礎研究發展計劃、新世紀優秀人才支持計劃、中央高校基本科研業務費專項資金、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