超级电容器具有卓越的捕获和存储能量的能力。研究人员可以使用不同的材料和制造方法，使它们变得灵活、薄并且适合用于可穿戴或可植入电子产品，如智能手表或起搏器，但这些方法往往很复杂且成本高昂。然而现在，中国吉林大学的一个团队开发出了一种一体式粘合电极，解决了推进柔性二维超级电容器面临的主要问题之一——使组件协同工作。
他们于 2024 年 3 月 29 日在 Polyoxometalates上发表了他们的发现。
“柔性二维超级电容器通常存在复杂且耗时的制造过程，且机械耐久性差，”通讯作者、中国吉林大学教授李文说。 “在这项研究中，我们创造了一种新型一体式粘合电极，它不仅可以简化制造工艺，还可以克服传统超级电容器的界面位移。”
柔性二维超级电容器通常为三明治堆叠结构或二维扁平结构。在重复的机械变形下，电极和电解质之间的界面可能会发生位移，从而导致界面接触效果降低。
“然而，电极和电解质层之间不匹配的体应变通常会在重复机械变形过程中导致不可避免的界面位移和分层，从而导致电极和电解质层之间的界面接触电阻显着增加，”李说。 “结果，充放电速率严重降低，储能性能和稳定性受到抑制。更令人沮丧的是，用于高压输出的串联集成柔性超级电容器器件仍然依赖于大量的导电金属线，这在很大程度上限制了其实际应用的灵活性、变形容限和小型化。”
为了解决界面问题并消除电线，研究人员将HPA与氨基酸和碳材料结合，构建了一种同时具有电子传导性、氧化还原性、机械变形性和粘合性的一体化湿粘合剂。杂多酸(HPA)是一类具有快速可逆氧化还原活性的无机纳米簇，使超级电容器能够快速可靠地充电和放电。氨基酸帮助 HPA 变得更加柔韧，而碳材料则有助于电子传导。他们以平行方式对所得湿粘合剂进行图案化，以形成柔性电极。通过注入凝胶电解质桥接平行电极之间的间隙后，他们可以方便地创建柔性二维超级电容器。
“我们发现碳成分改善了电子传导;氨基酸的化学性质有助于界面粘附; HPA簇既能阻止更大结构的形成，又能赋予电极电子传输和存储能力。” “由此产生的粘合剂是适应性和可变形材料，有助于开发具有无金属互连的高压输出的柔性二维超级电容器。”
研究人员表示，他们将尝试制造独立于基板的微型柔性二维超级电容器，用于开发植入式功率设备。
其他贡献者包括 Chuanling Mu 和Zhanglei Du，他们都是在吉林大学与 Li 一起学习的学生。
该工作得到国家自然科学基金委和吉林省自然科学基金委的支持。
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