壳聚糖衍生聚离子液体双网络水凝胶

−50 °C超高电容保持

以可再生壳聚糖为骨架，同时集成拉伸/压缩性、高离子电导和超低温耐受性，无需传统合成聚合物。

Sheng, Hailiang · Rongli, Li · Rui, Li · 李龙 · Shizhao, Li · 李云琦 · Yuan, Jili · Huang, Jun · Qinqin, Xu · 郑强 · 张丽华 · 谢海波

Chemical Engineering Journal 2024

具体参数

拉伸强度

{'zh': '70–900', 'en': '70–900'} kPa

弹性模量

{'zh': '31.5–484', 'en': '31.5–484'} kPa

压缩强度

{'zh': '4450', 'en': '4450'} kPa

凝固点

{'zh': '< −85', 'en': '< −85'} °C

离子电导率 (25 ℃)

{'zh': '94.8', 'en': '94.8'} mS cm⁻¹

离子电导率 (−50 ℃)

{'zh': '4.6', 'en': '4.6'} mS cm⁻¹

比电容 (−50 ℃)

{'zh': '108.4', 'en': '108.4'} F/g

循环寿命 (−50 ℃)

{'zh': '>50,000', 'en': '>50,000'} cycles

技术优势

−85 °C 不结冰

凝胶内部 LiCl 和离子液体协同作用，大幅降低凝固点，确保低温下离子传导和机械柔性。

−50 °C 下电容仍达 108.4 F/g

基于该水凝胶电解质的超级电容器在 −50 °C、2 A/g 下展现高比电容，满足寒区储能需求。

5万次循环几乎不衰减

在 −50 °C 下循环 5 万次后仍保持稳定，说明器件级低温耐久性优异。

应用场景

• 柔性超级电容器：在极低温下仍能高电容输出，取代笨重的加热保温系统。
• 可穿戴应变传感器：可拉伸、抗冻凝胶直接贴附关节，在 −50 ℃ 下仍灵敏地监测运动。
• 低温电解质：以低于 −85 °C 的凝固点实现低温高效离子传导，替代传统水系电解质。
• 抗冻储能器件：−50 °C 下 5 万次循环不衰减，为极地储能提供免加热方案。
• 电子皮肤：可压缩、抗菌凝胶贴合皮肤，在严寒中稳定感知应变和压力。