柔性电子和可穿戴材料受到学术界和产业界的极大重视，相关产业正以指数级规模快速增长。柔性电子器件需要超级电容器或电池等高效储能器件持续供能，但柔性超级电容器距离规模化应用还有距离，关键问题是能量密度偏低，达不到实际应用要求。电极材料是超级电容器电活性材料，也是最核心的组成部分，其电导率和比电容直接决定和影响超级电容器能量密度。提高电极材料比电容是提高器件能量密度的有效途径。因此，高电导率和高比电容电极材料成为柔性电子和可穿戴领域急需发展的关键电活性材料。
Fig. 1. Schematic illustration for the preparation process of PANI/ATMP/AgNO3 composite hydrogels.
针对以上科学挑战，我院硕士研究生赵成为第一作者，中国矿业大学陶雪钰副教授为通讯作者，与新加坡国立大学Ding Jun课题组周仕祥博士合作，中国矿业大学为第一通讯单位，近期在期刊Journal of Materials Chemistry A (Impact factor: 10.7)上发表题为“Highly conductive PANI/ATMP/AgNO3 composite hydrogel electrodes for all-hydrogel-state supercapacitors”(DOI: 10.1039/D4TA07437H ) 的研究论文。该文章系统研究了氨基三亚甲基膦酸 (ATMP) 和硝酸银 (AgNO3) 对聚苯胺（PANI）水凝胶电极电导率和电化学性能的影响机制。研究发现，ATMP可以交联多个质子化PANI链，这有助于创建额外的导电途径，并提高PANI/ATMP/AgNO3水凝胶电极电化学性能。同时AgNO3的引入为凝胶体系提供额外Ag+/Ag氧化还原对，进一步提高了导电PANI水凝胶电极比电容。被还原的银粒子均匀分布在水凝胶中形成导电通路，也可提高PANI电极电导率。基于该方法构筑的导电PANI/ATMP/AgNO3水凝胶电极，具有16.33 S m-1的高电导率和510 F g-1高比电容。基于该电极组装全凝胶态超级电容器，该电子器件在功率密度为125 W kg-1时具有13.3 Wh kg-1的高能量密度。
Fig. 2. Schematic diagram of redox transformation of polyaniline and Ag
陶雪钰副教授主要从事高分子材料、新能源材料及器件等研究，包括柔性储能材料及器件、智能传感材料及柔性电子器件、导电水凝胶和超高温陶瓷先驱体等。与新加坡国立大学Ding Jun课题组周仕祥博士等合作在Nature Communications、Journal of Materials Chemistry C等国际高水平期刊发表多篇研究论文。该研究工作得到国家自然科学基金资助。
新闻来源：材料与物理学院
责任编辑：赵成
审核：鞠治成
