【摘 要】
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随着个性化的电子产品种类逐渐增多,对可适配的储能器件需求也越来越高。兼具柔韧性和安全性的柔性超级电容器逐渐走进人们的视野,而电解质是柔性超级电容器走向多元化的重要一步。传统的电解质在器件遭受破环后,很可能结构破损或与电极发生脱离,导致失效甚至引发严重的安全问题。因此,受生物体自愈合现象的启发,设计一种能够实现自我修复的柔性凝胶电解质应用于超级电容器,使其既能拥有良好的机械性能的同时还能在受到损伤后
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随着个性化的电子产品种类逐渐增多,对可适配的储能器件需求也越来越高。兼具柔韧性和安全性的柔性超级电容器逐渐走进人们的视野,而电解质是柔性超级电容器走向多元化的重要一步。传统的电解质在器件遭受破环后,很可能结构破损或与电极发生脱离,导致失效甚至引发严重的安全问题。因此,受生物体自愈合现象的启发,设计一种能够实现自我修复的柔性凝胶电解质应用于超级电容器,使其既能拥有良好的机械性能的同时还能在受到损伤后自修复,同时满足了柔性和稳定性的需求。本文拟将通过不同的交联方式加强凝胶的自修复能力,制备出强柔韧性、粘附性、高导电性以及快速自修复的水凝胶电解质,并应用到超级电容器。具体研究内容如下:（1）以3-氨基苯硼酸（PBA）为单体通过缩合反应得到3-丙烯酰胺基苯硼酸（AAPBA）单体,AAPBA单体和丙烯酰胺（AM）单体进一步缩合得到AAPBA高分子链。AAPBA高分子链接着与AM在60℃温度下通过共聚法得到具有高柔韧性、强粘附性以及具有自修复的P（AAPBA-co-AM）水凝胶电解质,其结构和形貌分别经FTIR和SEM表征。通过探索不同溶剂含量下的凝胶性能,得到高机械强度的柔性水凝胶（应变＞5000%）。凝胶富含氢键的结构也使得其具有粘附性。利用P（AAPBA-co-AM）水凝胶特有的吸收离子溶液的能力,增强了聚合物凝胶的导电性,使得器件在电流密度为1 A·g-1时比电容达到116 F·g-1,离子电导率高达35.1 m S·cm-1,并且经过2000次循环后保持原有电容的74%。器件在面对不同程度的弯曲、折叠时,以及多次切开/愈合后,其结构和性能几乎保持不变,展现良好的柔性、自愈合以及电化学稳定性。（2）3,4-二羟基苯胺（4-AC）在引发剂作用的合成聚3,4-二羟基苯胺高分子链（P4-AC）,其结构经FTIR表征正确。将AAPBA高分子链与P4-AC在碱性室温条件下相互交联,得到P（AAPBA-co-P4-AC）导电凝胶,其拥有良好的柔性（断裂应力66.94 k Pa,断裂应变1178.32%）和粘合性能。10次切开/修复后的凝胶,断裂应力为初始的82%,应变可以恢复到91%。电容器在1 A·g-1的电流密度下,比容量的值为93.85 F·g-1,离子电导率达到53.19m S·cm-1。2000次循环后为初始电容的95%,具备优越的循环稳定性。器件在面对不同程度的弯曲、折叠时,依旧可以保持良好的结构和电化学性能。多次切开/愈合后,离子电导率和循环稳定性保持为初始状态的92%。（3）将掺杂有活性炭（C）的P（AAPBA-co-AM）凝胶作为柔性电极,P（AAPBA-co-P4-AC）作为柔性电解质,制备全凝胶的一体化的智能超级电容器。器件不仅可以实现整体的拉伸,在断裂/愈合后依旧可以完成柔性变形。其离子电导率为20 m S·cm-1,2000次循环后容量保持原有电容的95%。保持弯曲、折叠时以及断裂/愈合后,器件的电化学性能基本保持不变。
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