基於導電水凝膠的柔性儲能系統

2020-09-22 柔性電子材料與器件

可穿戴設備、軟體機器人以及可摺疊顯示等柔性電子產品受到了廣泛的關注，開發與之匹配的柔性儲能器件成為當前學術界和產業界的研究熱點。導電水凝膠結合了導電高分子的電化學性能與水凝膠的柔軟特性，具有大比表面積，出色的電子傳輸與離子傳輸能力，是構築柔性電極的理想材料。

近日，東南大學材料學院的章煒副教授（一作，共同通訊）、馮攀博士、陳堅教授（共同通訊）、孫正明教授（共同通訊）與加拿大滑鐵盧大學趙博欣教授合作在Progress in Polymer Science上發表了題為Electrically conductive hydrogels for flexible energy storage systems的綜述論文。該文首先論述了納米結構導電水凝膠的合成與功能化策略及其獨特的物理與化學特性。根據高分子水凝膠網絡以及導電填充物的種類，導電水凝膠的合成方法主要包括交聯聚合物鏈或單體以構建三維納米結構的聚合物鏈網絡。其次介紹了導電水凝膠材料中的滲流理論。最後從導電凝膠材料結構化和功能化的角度系統地梳理了納米結構功能化水凝膠在能量存儲方面（鋰離子電池和超級電容器）的最新研究進展，並指出了該領域的挑戰和機遇。

圖文導讀

圖一：導電水凝膠在太陽能薄膜，超級電容器，環境響應系統，電子皮膚，二次電池，生物載藥領域都展現出廣闊的應用前景。


圖二：導電水凝膠的構築方法：

（1）由導電材料懸浮液形成水凝膠；（2）在預製的水凝膠基質中聚合；（3）通過摻雜劑分子交聯導電聚合物；（4）通過超分子相互作用自組裝石墨烯水凝膠。


圖三：導電水凝膠中的滲流理論：

（1）導電水凝膠的三個不同電導區域與導電填料的關係；（2）導電填料在水凝膠三維網絡中分散的概念圖。


本綜述匯集了最先進的水凝膠材料和柔性儲能的應用進展，重點介紹了柔性鋰離子電池和超級電容器。從材料設計的角度，導電，柔軟和機械性能穩定的導電水凝膠材料是構築柔性電子器件的理想平臺。

全文連結：

https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.09.001

來源：高分子科學前沿

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