可拉伸的自修复超级电容器（SC）可在极端变形下工作，受损后还能恢复其初始性能，具有大幅提高的耐用性和可靠性，在可穿戴电子器件、仿生设备以及人机交互等领域应用广泛。要在储能技术中实现拉伸性和自愈性的关键问题在于开发理想的电极和电解质材料。导电水凝胶（CHs）具有独特的分级多孔结构，高电/离子电导率，广泛可调的理化性质，是制备可拉伸自愈合超级电容器的理想材料。南京邮电大学赖文勇教授研究团队总结了导电水凝胶的常见合成方法，系统地阐述了其自修复及可拉伸的机理，梳理了对导电水凝胶传导机制的解释，专注于讨论基于CHs电极/电解质的超级电容器在可穿戴电子产品中的应用。综述以Conductive Hydrogel‐Based Electrodes and Electrolytes for Stretchable and Self‐Healable Supercapacitors为题发表在《Advanced Functional Materials》上，
通过合理的分子设计可使导电水凝胶中的弹性水凝胶和导电填料充分发挥作用，并实现多种功能。使用导电聚合物作为导电填料的 导电聚合物水凝胶（CPH）具有独特的多孔网络结构，高的电导率和离子电导率，优异的电化学活性，作为SC电极材料，性能远胜于同类聚合物产品。同时，水凝胶固有的亲水性使它们具有很强的吸水性，可以溶解并容纳丰富的离子。将水凝胶基质与离子结合得到的离子导电水凝胶，具有高效的离子传输能力和出色的界面接触性，显示出作为SC电解质的巨大潜力。此外，交联网络结构与可逆动态相互作用的引入相结合，能够赋予CH优异的机械拉伸性和较高的自愈能力。
尽管可以通过结构设计和组分优化得到基于水凝胶电极/电解质的高性能超级电容器，但用于柔性可穿戴能量存储系统的可拉伸和自修复CH仍处于起步阶段。要满足下一代智能可穿戴电子产品的需求，仍有诸多问题亟待解决，比如材料和设备要能同时达到高的机械拉伸性和出色的自修复能力。CH很难同时实现高拉伸性和自我修复能力。近来报道的可拉伸的CHs大多在没有愈合能力的情况下维持有限的拉伸性，而自愈性CHs的多次愈合稳定性较差，且机械拉伸性较低。兼具可拉伸和自修复性能的CHs，又往往表现出差的电化学性能。因此，如何协调多种性能，得到集可拉伸、自愈合、电性能于一体的水凝胶超级电容器使未来的主要发展方向之一。构建多网络结构并引入充足的动态非共价键有望解决这一问题。此外，CHs差的可加工性也不容忽视，这通常受限于胶凝工艺和制备方法。印刷技术可以对CH进行高精度的结构控制，还有利于规模化制备CHs薄膜。因此，开发具有理想粘度，流变性质和胶凝速率的CHs与印刷技术兼容也是有希望的发展方向。
超级电容器（SC）通常是由电极和电解质组成的夹层结构，多层结构难以同时优化，这限制了设备的高性能。无基板的多合一SC是新兴储能设备的典范，一般通过将电极嵌入电解质表层以下制造，可以看作是单层结构。独特的一体式结构有望通过优化电极或电解质来实现电容器整体的可拉伸性和自修复性。同时，也急需开发既能用作电极又能充当电解质的全能水凝胶，这将大大加快一体化超级电容器的研发进程。
文章来源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101303
来源：高分子科学前沿
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