成果简介
具有柔韧性和高导电性的水凝胶电解质已被广泛应用于各种柔性电子器件中。然而，水凝胶在零度以下的环境中总是不可避免地受到水结冰的影响，从而导致其电学特性受到破坏。本文，中国科学院北京纳米能源与系统研究所 Zhuo Wang等研究人员在《Nano Research》期刊发表名为“In situ reduction strategy towards high conductivity, anti-freezing and super-stretchable rGO based hydrogel for diverse flexible electronics”的论文，研究开发了一种基于原位还原氧化石墨烯（GO）和青石棉的抗冻柔性水凝胶，作为高性能超级电容器和灵敏传感器的电解质。
聚丙烯酰胺（PAM）中的交联氧化石墨烯（GO）和青石棉增强了机械性能，而在水凝胶中原位还原氧化石墨烯（GO）增强了导电性并减少了氧化石墨烯（GO）的聚集。这些特点保证了传感器的可靠电信号和超级电容器的高性能。此外，在制备还原氧化石墨烯（rGO）水凝胶的过程中，添加乙二醇（EG）和 KOH 赋予了水凝胶防冻特性。这种抗冻电解质可拉伸至1600%的应变，并在 -20 °C 时保持37.38 F-g-1的比电容。此外，水凝胶中的rGO还具有光热转换特性，可用于伤口愈合。水凝胶的整体优点将为敏感传感器和储能装置的实际应用开辟一条新的途径。
图文导读
图1 、(a) GLH和RGLH水凝胶的制备示意图，以及超级电容器的结构。(b)氧化石墨烯的SEM图像。(c) RGLH水凝胶的SEM图像。(d)氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的XRD谱图。
图2 、(a) 可穿戴超级电容器的结构示意图和照片。(b) 以 PAM、GLH 和 RGLH 为电解质的超级电容器的 CV 曲线和 (c) EIS。(d）以 RGLH 为电解质的超级电容器在不同扫描速率和电流密度下的 CV 曲线、（e）GCD 曲线和（e）电容。(f）不同电流密度下超级电容器的比电容。
图3、 100 mV·s−1下(a)不同弯曲度、(b)压缩和(c)扭转的CV曲线。(d) RGLH/SC在不同电压窗下的GCD曲线。两个RGLH/SC串联(e)和并联(f)的GCD曲线
图4 RGLH水凝胶作为柔性可穿戴传感器对人体不同运动的检测。(a)伸伸性，(b)手指，(c)肘关节，(d)膝关节屈曲运动。(e)用说字母“a”。(f)说“你好”。(g)咳嗽
图5、 RGLH水凝胶的耐冻性能
图6、 (a)光热处理模拟图。(b)纯PAM、GLH水凝胶和RGLH水凝胶在功率密度为1 W·cm−2的近红外激光下的光热曲线。(c) (i)纯PAM， (ii) GLH水凝胶，(iii) RGLH水凝胶的光热图像。(d) RGLH水凝胶在功率密度为1 W·cm−2的激光照射下三个开/关周期的光热稳定性
小结
综上所述，本文采用一种简单的方法成功制备了rGO/LAP基PAM水凝胶作为多功能柔性不对称超级电容器的电解质。通过原位还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯均匀地分散在水凝胶中，保证了水凝胶在室温下的高电导率(1.23 S·m−1)。由于PAM和LAP/rGO的交联赋予了水凝胶优异的力学性能(应力可达1600%)，在EG/H2O溶液和KOH中具有优异的防冻性能(−20℃)。利用水凝胶的这些优点，基于rglh的超级电容器可以实现143.13F·g−1的高比电容，并且可以在零下温度下良好地工作。此外，该超级电容器具有宽的工作电压窗。具体而言，利用该水凝胶制备的应变传感器具有较高的应变灵敏度，可以实时准确地监测人体运动。此外，由于水凝胶中氧化石墨烯的光热转换特性，水凝胶可能是伤口愈合的潜在候选材料。总的来说，我们的工作提供了一种简单的方法，通过原位还原法在水凝胶中制备均匀分散的还原氧化石墨烯纳米片。并对其在极冷环境下的柔性储能装置、高灵敏度应变传感器和光热治疗等方面的潜在应用进行了研究
文献：https://doi.org/10.1007/s12274-023-6267-9
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