摘要
柔性可穿戴电子设备的进步为能源系统带来了前所未有的挑战。其中，超级电容器由于具有高能量密度，循环稳定性好，高功率密度等优势而被认为是最具应用前景的储能装置。但是，以往的超级电容器容易受到外界的撞击和被迫弯折等伤害，导致其易发生液体渗漏、化学腐蚀等现象，不但影响了器件的正常使用，还使其存在较大的安全隐患，不适用于柔性储能器件。在此背景下，基于准固态凝胶材料作为电解质制备的柔性超级电容器被认为是理想的电源选择。近些年来，随着石油和天然气资源的日益紧缺，作为地球上含量最为丰富的材料之一，纤维素正逐步成为研究利用的热点。因此，纤维素基凝胶固态电解质在柔性电子产品中有着广阔的应用前景。然而，纤维素分子链中大量的羟基以及纤维素分子内部紧密的网状结构，导致其在水中和传统的有机溶剂中很难溶解，严重制约了它的有效利用。 在本论文中，利用无机盐溶解体系，通过金属离子的配位作用引入丙烯酸第二网络构建C-Zn-PAA物理交联双网络凝胶电解质，并对其在超级电容器中的应用进行了考察。具体工作主要分为以下两部分： （1）探索纤维素的溶解与凝胶制备。在本论文中，选择了无机盐溶解体系中的 ZnCl2溶剂，验证了 ZnCl2溶解纤维素的可行性。随后考察该凝胶的导电、力学、自愈合及稳定性等性能，为其在柔性电子器件领域中的应用提供理论依据。得到的凝胶在扭转或压力作用下很容易恢复到原来的状态，并保持稳定的软性结构，当断裂的凝胶接触愈合后仍可以将红色LED灯点亮。在室温下放置一周后，凝胶的质量和电导率没有显著下降。此外，即使在零下50 ℃储存5小时后，凝胶仍能保持其柔韧性。这些性能使得凝胶具有良好的稳定性，是柔性储能领域中理想的电解质材料。 （2）凝胶基超级电容器的制备及其性能测试。组装的对称式超级电容器可以达到1.6 V的电压窗口，能量密度最高可以达到172.6 μWh/cm2，在电流密度为0.2 mA/cm2下，面积电容可以达到485.3 mF/cm2。同时，其可以忍受一定程度的弯曲和打击，有-30℃到80℃之间的宽工作温度范围，并且在进行恒电流充放电 8000 次循环后比电容仍然保持在其原来的 82.3%。这些结果表明 C-Zn-PAA凝胶与活性炭电极组装的柔性超级电容器的优良性能及其在储能器件中的应用潜力。
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