柔性电子供能新突破：中国科大一体制备策略打造“可拉伸”的微型超级电容器

　　在可穿戴设备、电子皮肤和软体机器人迅猛发展的今天，为其寻找同样柔软、可拉伸且高效稳定的“心脏”——储能器件，已成为前沿科研的关键挑战。近日，中国科学技术大学工程科学学院文莉副教授课题组在这一领域取得重要进展，他们创新性地提出了一种电化学一体式驱动图案化方法，成功制备出基于液态金属与MXene水凝胶的高性能可拉伸微超级电容器(MSC)，为下一代柔性电子设备的供能难题提供了极具前景的解决方案。该成果以“Electrochemical integrated driven patterning of liquid metal/MXene hydrogel electrodes for stretchable microsupercapacitors”为题，发表于国际知名期刊《Energy Storage Materials》。
 

　　传统电池等刚性储能元件难以适应可穿戴设备随人体活动而产生的形变(如皮肤约30%的应变)，这严重制约了柔性电子的发展。微型超级电容器因其高功率密度和长寿命等优点被视为理想的替代者，但如何在保持高储能性能的同时实现优异的可拉伸性，一直是难以逾越的技术瓶颈。
 

　　面对挑战，研究团队将目光投向了两种明星材料：液态金属(如共晶镓铟合金EGaIn)和MXene水凝胶。液态金属具有卓越的导电性和近乎液体的形变能力，是构建可变形电极的理想骨架；而MXene(如Ti3C2Tx)作为一种新兴二维材料，以其高导电性、超大比表面积和高体积电容著称，其形成的水凝胶三维网络能进一步提升储能性能并赋予材料一定的柔性。然而，将两者优势结合却面临核心难题：液态金属的高表面张力和MXene水凝胶的高含水量，使得将它们精确“雕刻”成复杂的微型叉指电极图案并实现无缝集成异常困难。
 

　　正是针对这一核心难题，文莉副教授课题组提出了巧妙的电化学一体化驱动策略。该策略如同一位微观世界的“建筑师”，通过自下而上的电化学过程，在同一工序内驱动液态金属和MXene材料，让它们按照预设图案自动、精准地组装并紧密结合，最终形成无缝集成的液态金属/MXene水凝胶复合叉指电极。这种方法绕开了传统微加工技术的局限，实现了材料与图案化工艺的和谐统一。
 

　　基于此策略制备的可拉伸微超级电容器展现出了卓越的性能：其能量密度高达11.01 µWh cm⁻²，同时能够承受最大180% 的拉伸应变。这意味着该器件在比自身原长拉伸近两倍后，仍能保持稳定的储能功能，充分满足了高度变形场景的应用需求。
 

　　这项工作的意义深远。它不仅为制备高性能、完全柔软可拉伸的微型超级电容器开辟了一条实用、低成本且工艺简单的新途径，更重要的是，这种一体化的驱动和集成思路，为未来设计制造各类高性能、高可靠性的柔性可拉伸电子设备提供了崭新的灵感与坚实的技术基础。
 

　　该研究成果由中国科学技术大学博士生杨俊峰和硕士生邱自强作为共同第一作者完成，文莉副教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助，相关实验在中国科大工程与材料科学实验中心、理化实验中心完成。