《自然·通讯》中科大俞书宏院士:多响应可修复水凝胶超级电容器( 二 ) 【摘要】自愈性对于超级电容

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图2：MFP水凝胶的刺激触发愈合特性。
如图2e所示，水凝胶的温度具有随时间增加的特性，随着磁性复合材料含量的增加，实时温度增加更加明显。尽管水凝胶中含有0.3wt%的Fe3O4@Au ，但红外热成像系统显示，直径为5cm的水凝胶柱的温度在8min内升高到45°C（图2f）。如图2g所示，当在交变磁场中放置具有大切口的柱状水凝胶时，水凝胶愈合并可以抵抗外部拉伸力。
全能型超级电容器装置组装
高机械性能和出色的可愈合性使基于MFP的水凝胶成为组装柔性和可愈合超级电容器的潜在候选者。为了制造活性电极，通过将部分脱水的MFP水凝胶浸入吡咯溶液中，然后由Fe3+引发的聚合，将导电聚合物PPy原位生长到MFP框架中。 SEM图像显示MFP-PPy水凝胶保持了互连的网络结构，并且在隔室壁上涂覆了一层均匀大小为100nm的PPy纳米颗粒（图3b、c）。 MFP-PPy水凝胶通过提供1650%的伸长率表现出高机械性能（图3g）。在交变磁场下，由于磁热效应，集电器、电极和电解质可以通过动态Ag、Au-SR交联化学焊接在一起。这种有效的界面重建导致了集成的设备配置，如SEM图像所证实的（图3d-f）。

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图3：可修复超级电容器装置的组装。
超级电容器的多响应愈合性能
考虑到用作电极和电解质的内在可愈合水凝胶，组装的超级电容器在损坏时表现出很强的自愈能力（图4a）。通常，结合金属-硫醇盐相互作用的热触发可逆和动态特征，器件内部作为热源的AgNW、Au纳米粒子、Fe3O4纳米球和PPy纳米粒子将促进外部刺激下受损部分的界面融合.如图4b所示，超级电容器的集电器/电极/电解质层之间的裂纹界面可以由于动态Au、Ag-SR键的界面重建而愈合-分别在近红外激光照射、电流和交变磁场下的热效应。

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图4：超级电容器自愈机制示意图。
如图5a所示，具有镜像对称性的准矩形CV轮廓以10到50mVs-1的低扫描速率呈现。然而，高比例的互连多孔结构和中等密度的PPy使组装的超级电容器具有有限的体积电容（22.3Fcm-3 ， 10mAcm-2）（图5c）。进行了进一步的电化学测量以证明MFP-PPy组装的超级电容器分别在光、电和磁刺激下的多响应愈合性能。如图5d所示，该器件在10mVs-1的扫描速率下，在不同切割-愈合循环前后呈现几乎重叠的规则形状的CV曲线，分别表明其在三种外部刺激下的电容性能未恶化.此外，在电流密度为10mAcm-2的电流密度下，该器件的GCD曲线在形状和放电时间方面高度一致，表明电容没有明显下降（图5e）。为清楚起见，图5f显示了在根据GCD曲线计算的不同刺激下，在切割-愈合循环期间器件的面积电容和愈合效率。不同愈合周期后设备的EIS光谱与原始轮廓一致，表明在刺激激发的愈合过程中电导率得到了良好的恢复（图5）。

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图5：超级电容器的多响应愈合性能。
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