中國科大成功制備基于高強(qiáng)度聚苯胺超分子水凝膠的柔性超級電容器

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授馬明明課題組設(shè)計了一種由導(dǎo)電聚苯胺和聚乙烯醇通過動態(tài)化學(xué)鍵交聯(lián)形成的高強(qiáng)度超分子水凝膠，并將其作為電極材料制備了具有高比容量和穩(wěn)定性的柔性全固態(tài)超級電容器。該成果在線發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201603417）上。論文的第一作者是課題組博士生李灣灣。

　　具有電化學(xué)活性的水凝膠有望成為柔性儲能材料，在柔性電子器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但現(xiàn)有的電活性水凝膠的力學(xué)性能和穩(wěn)定性較差，難以滿足柔性超級電容器對電極材料的要求。因此，設(shè)計發(fā)展具有優(yōu)良的力學(xué)性能和穩(wěn)定性的電活性水凝膠材料具有重要的應(yīng)用價值。

　　針對這一目標(biāo)，馬明明課題組運(yùn)用超分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理，用硼酸酯鍵將剛性的聚苯胺和柔性的聚乙烯醇在分子水平上進(jìn)行自組裝，形成具有三維動態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度電活性超分子水凝膠。該水凝膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)到5.3 MPa，斷裂伸長率達(dá)到250%，在0.5 A/g的電流密度下，比電容值達(dá)到928 F/g，1000次充放電后的比電容保持率達(dá)到90%。該水凝膠的力學(xué)性能、電化學(xué)活性和穩(wěn)定性均大幅度超過現(xiàn)有的電活性水凝膠。將該水凝膠作為電極材料組裝成柔性全固態(tài)超級電容器，在0.25 A/g的電流密度下實(shí)現(xiàn)了153 F/g的比容量，1000次折疊后的比電容保持率達(dá)到100%，室溫存放7周后的比電容保持率達(dá)到93%。這一工作為設(shè)計新型柔性能量存儲器件提供了新思路。

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中組部青年千人計劃的資助。