谢续明&支春义Angew. Chem. Int. Ed: 聚丙烯酰胺水凝胶制备可拉伸和压缩的超级电容器

【引言】

近年来柔性电子产品（可穿戴的能源和柔性机器人）得到飞速发展，因此对柔性超级电容器提出了新的要求，即具有高拉伸性，压缩性和高电导率。然而，目前广泛使用的聚乙烯醇（PVA）基电解质既不能可拉伸也不能压缩。因此急需制备一种高拉伸性，压缩性和导电性的电解质基底。

【成果简介】

目前而言，在柔性能源领域中寻找一种高拉伸压缩性和高导电性的电解质具有十分重要的作用。近日，清华大学谢续明教授和香港城市大学支春义教授（共同通讯）在Angew. Chem. Int. Ed.上发文，题名“An Intrinsically Stretchable and Compressible Supercapacitor Containing a Polyacrylamide Hydrogel Electrolyte”。文中通过一种简单的方法制备出了聚丙烯酰胺-乙烯基硅颗粒（VSNPs–PAM）复合物，并将其作为超级电容器电极材料的基底。该材料展现出十分优异的性能，高延伸性 (拉伸量达1000%), 高压缩性 (承受自身257倍重量，压缩量为50%保持99.4%的电容量)和良好的导电性。该种新型复合物为以后制备一种高柔性，可拉伸性能的能量存储器件提供了新的思路。

【图文导读】

图1VSNPs–PAM复合物制备，以及拉伸压缩示意图

图a. 制备VSNPs和VSNPs–PAM示意图。

图b. 拉伸1000%时超级电容器的示意图，以及PPy@CNT电极SEM图片。

图c. 展示了该超级电容器在承载自身257倍重量时，压缩形变量为50%。

图2VSNPs–PAM拉伸压缩微观示意图

图a. 所制备VSNPs–PAM的应力-拉伸曲线（左图未拉伸状态，右图拉伸状态，展示了材料具有良好的拉伸性）。

图b. 展示了该材料在拉伸和压缩状态下的示意图。

图c.VSNPs–PAM凝胶的冷冻干燥的SEM图。

图d. VSNPs–PAM凝胶的离子导电率（图中展示了该凝胶膜具有良好的导电性可以当作导线连接外电路）。

图3VSNPs–PAM作为电极材料基底的电化学性能

图a. 扫速5-100 mV s⁻¹的CV图。

图b. 电流0.1-5 mA的充放电图。

图c. 拉伸范围0-1000%时充放电图。

图d. 不同拉伸情况下的电容（图中为拉伸0%和1000%的光学照片）。

图e. 不同压缩量的充放电图（红色代表承受自身40倍重量压缩形变量8%；绿色承受77倍压缩形变量15%；蓝色承受257倍压缩形变量50%）

图f. 不同压缩情况下的电容保持量（图中光学照片图为承受不同重物时压缩量）

【小结】

这项工作介绍了一种新的聚合物可用于超级电容器电解质，即由VSNP交联PAM所组成的水凝胶，该电解质具有良好的拉伸性能，可以容易地拉伸到1500％，并且具有良好的离子导电性。基于该高聚物电解质制造的超级电容器具有前所未有的超强拉伸性（达到1000％应变，并使电容增强）和高度可压缩性（达50％的压缩性，保持电容）。该超强性能电解质为现代的电子产品，如柔性储能装置和柔性机器人系统研发提供了方向。

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

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