自修復(fù)聚乙烯醇/細(xì)菌纖維素水凝膠電解質(zhì)制備及應(yīng)用

陶雪鈺 ，馬 文斌 ，韓曉東 ，朱克虎 ，葉世防 ，沙 恒 ，郭 琳 ，魏賢勇 ，許 崇 ，朱慎剛

（1. 中國礦業(yè)大學(xué) 材料與物理學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2. 中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3. 中國礦業(yè)大學(xué) 煤炭轉(zhuǎn)化與高效潔凈利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116；4. 淮北礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)中心，安徽 淮北 235000）

隨著可穿戴和便攜式電子產(chǎn)品市場的蓬勃發(fā)展，超級電容器[1-5]因其快速充放電、高功率密度和長循環(huán)壽命而備受關(guān)注。然而，超級電容器在實(shí)際應(yīng)用中可能會受到損壞，導(dǎo)致設(shè)備功能故障、產(chǎn)生電子廢物、安全隱患以及不便。因此，研究人員開發(fā)出了自修復(fù)超級電容器來克服這些問題，它可以在物理損壞的情況下自發(fā)恢復(fù)機(jī)械和電化學(xué)性能[6]。迄今為止，自修復(fù)超級電容器主要通過使用自修復(fù)聚合物來制備其電解質(zhì)或包裹其電極來構(gòu)建，因?yàn)樗z電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性可以通過機(jī)械接觸來恢復(fù)[7]。水凝膠電解質(zhì)的自修復(fù)過程主要通過受損區(qū)域的可逆物理化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，包括動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵[8,9]和動(dòng)態(tài)非共價(jià)鍵[10,11]。對于前者而言，水凝膠可以通過多種共價(jià)鍵（包括硼酯鍵[12]、二硫鍵[13]、亞胺鍵[14]和狄爾斯-阿爾德反應(yīng)[15,16]）改造3D網(wǎng)絡(luò)。這種共價(jià)策略需要外界刺激（熱、光、聲、電等）來觸發(fā)自愈過程。對后者而言，水凝膠則通過氫鍵、靜電相互作用和金屬配位等非共價(jià)相互作用重建網(wǎng)絡(luò)[17]。這種非共價(jià)方法簡單、廉價(jià)、可再生，是一種制備柔性超級電容器中自修復(fù)水凝膠電解質(zhì)的簡便方法。近年來，研究人員已經(jīng)開發(fā)了一系列用于制備柔性超級電容器的自修復(fù)聚合物電解質(zhì)。Sun等[18]通過循環(huán)凍融合成了具有自修復(fù)能力的聚乙烯醇/瓊脂水凝膠。經(jīng)硫酸銨浸泡后，該水凝膠表現(xiàn)出導(dǎo)電性和超高的機(jī)械強(qiáng)度。Wu等[19]報(bào)道了一種具有快速自修復(fù)功能的導(dǎo)電水凝膠，其通過將改性海藻酸鈉與聚乙烯醇結(jié)合而獲得，并引入氯化鈉使水凝膠具有良好的導(dǎo)電性。在可形成水凝膠的聚合物中，聚乙烯醇因其親水性高、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性好而受到廣泛研究[20,21]，但其力學(xué)性能欠佳，通常需引入第二種聚合物基體進(jìn)行復(fù)合。細(xì)菌纖維素(BC)不僅是一種典型的生物質(zhì)材料，具有相互連接的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性[22]。細(xì)菌纖維素的高結(jié)晶度、高純度和高吸濕性使其成為聚合物復(fù)合材料中優(yōu)異的增強(qiáng)材料。

超級電容器構(gòu)型是影響其性能的另一個(gè)關(guān)鍵因素。目前，許多關(guān)于自修復(fù)超級電容器的報(bào)道都采用傳統(tǒng)的層壓式結(jié)構(gòu)，自修復(fù)功能需要依靠額外的自修復(fù)膜層實(shí)現(xiàn)，這不僅會增加界面接觸電阻，且在大變形下容易分層。設(shè)計(jì)一體化構(gòu)型超級電容器則可以很好地解決這些問題。一體化構(gòu)型不僅能簡化器件組裝過程，降低接觸電阻，并可有效避免多層結(jié)構(gòu)在大變形下的位移和分層，是提高其穩(wěn)定性和使用壽命的重要手段。自修復(fù)水凝膠電解質(zhì)則是實(shí)現(xiàn)一體化構(gòu)型的完美載體，而目前關(guān)于這方面的報(bào)道尚未深入。Zhao等[23]最初構(gòu)建了一體化超級電容器，避免了層壓設(shè)計(jì)中界面分層和高界面電阻的缺陷，但其并未對該器件的自修復(fù)性能做進(jìn)一步研究。因此，開發(fā)具有一體化構(gòu)型和可靠自修復(fù)能力的超級電容器具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

本研究采用物理交聯(lián)的凍融循環(huán)法制備了具有自修復(fù)性能的PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)。在凍融循環(huán)過程中，PVA基體和BC纖維形成獨(dú)特交聯(lián)結(jié)構(gòu)，賦予水凝膠電解質(zhì)優(yōu)異的自修復(fù)性能，并極大地提高了復(fù)合水凝膠的力學(xué)性能。在該自修復(fù)聚乙烯醇/細(xì)菌纖維素水凝膠電解質(zhì)表面原位聚合聚苯胺電極，設(shè)計(jì)組裝柔性一體化超級電容器。該超級電容器不僅具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，而且保持了良好的自修復(fù)能力以及循環(huán)穩(wěn)定性。作為一種自修復(fù)固態(tài)電解質(zhì)， PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)在可穿戴柔性電子設(shè)備領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

聚乙烯醇（PVA），分析純 ，上海化學(xué)藥品試劑廠；細(xì)菌纖維素（BC），分析純，桂林奇宏科技有限公司；苯胺（ani），分析純，上?；瘜W(xué)藥品試劑廠；過硫酸銨(APS)，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)藥品試劑有限公司；無水乙醇，分析純，蘇州市納川化工原料有限公司；去離子水，自制。

紅外光譜儀（NICOLET is5），塞默飛世爾科技有限公司；X射線衍射儀（D8 ADVANCE），德國布魯克（Bruker）設(shè)備儀器公司；掃描電子顯微鏡（SU8220），日本日立制造所；電化學(xué)工作站（CHI 660E），上海辰華設(shè)備儀器有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī)（MC009-WDW-20），上海研潤光機(jī)科技有限公司。

1.2 PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)（PBHE）制備

采用凍融循環(huán)法制備物理交聯(lián)的PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)。稱取3.5295 g PVA粉末和1.21 mL BC分散液倒入1.09 mL濃硫酸和17.71 mL去離子水混合溶液中，在95 ℃水浴中攪拌至澄清。超聲處理去除氣泡后，將混合液倒入培養(yǎng)皿中，在-20 ℃下冷凍6 h后于室溫下解凍1 h。反復(fù)凍融循環(huán)三次，得到聚乙烯醇/細(xì)菌纖維素復(fù)合水凝膠電解質(zhì)。改變細(xì)菌纖維素含量（PVA質(zhì)量的0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%），制備不同配比的PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)，表示為PHE、2-PBHE、4-PBHE、6-PBHE、8-PBHE、10-PBHE。試劑具體用量詳見補(bǔ)充信息 表S1。制備方法如圖1所示。

1.3 一體化（All-in-one）柔性超級電容器組裝

將PVA/BC復(fù)合水凝膠浸入50 mL溶解有苯胺單體的1 mol/L硫酸溶液中30 min后，緩慢倒入APS粉末，在0-5 ℃下反應(yīng)6 h，引發(fā)苯胺在PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)表面原位聚合，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌以除去副產(chǎn)物，從而獲得PANI-PVA/BC凝膠膜（苯胺濃度從0.05-0.4 mol/L的PANI-PVA/BC凝膠膜厚度分別為3.37、3.48、3.72、3.65和3.71 mm）。將其裁成具有三明治式結(jié)構(gòu)的規(guī)則矩形條，兩面用碳布連接并用膠帶緊密纏繞組裝成對稱的PANI-PBHE一體化柔性超級電容器，記作x-PANI-y-PBHE SC（x代表苯胺濃度，y代表BC濃度）。試劑具體用量詳見補(bǔ)充信息表S2。制備方法如圖5所示。

1.4 結(jié)構(gòu)表征

傅里葉紅外掃描數(shù)據(jù)由Nicolet Is5 FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀獲得；掃描電子顯微鏡照片由日本Hitachi SU8220型掃描電子顯微鏡獲得；X射線衍射光譜（XRD）是在德國Bruker D8 ADVANCE衍射儀上獲得。FT-IR、SEM和XRD測試所需樣品由PBHE水凝膠經(jīng)冷凍干燥獲得。

1.5 電化學(xué)性能測試

電化學(xué)性能表征部分包括對PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)的阻抗測試以及對PANI-PBHE超級電容器的恒流充放電測試，循環(huán)伏安測試以及電化學(xué)阻抗測試，均采用雙電極體系，電化學(xué)數(shù)據(jù)由上海辰華 CHI660E電化學(xué)工作站測得。循環(huán)壽命測試采用藍(lán)電電池測試系統(tǒng)。具體測試方法詳見補(bǔ)充信息。

2 結(jié)果與討論

圖2是PVA/BC復(fù)合水凝膠的實(shí)物圖（圖2(a)）、拉伸力學(xué)性能（圖2(b)）和離子電導(dǎo)率。如圖2(a)所示，PVA/BC復(fù)合水凝膠是一種透明度較低的白色水凝膠，具有良好的柔性和可加工性。如圖2(b)所示，復(fù)合水凝膠的應(yīng)力和應(yīng)變均隨著BC含量增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，6-PBHE水凝膠達(dá)到最大斷裂強(qiáng)度（0.41 MPa）和斷裂伸長率（196.24%）。這可能是因?yàn)锽C與PVA存在分子間作用力，形成大量分子間氫鍵，強(qiáng)化復(fù)合水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但當(dāng)BC含量過低或過高時(shí)，BC微纖維與PVA之間的氫鍵可能無法完全形成，無法構(gòu)成牢固的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。圖2(c)是復(fù)合水凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和含水量。離子電導(dǎo)率由圖S1（阻抗圖通過公式 σ=d/(R·S)求得，6-PBHE復(fù)合水凝膠電解質(zhì)含水量最小，離子電導(dǎo)率最高，達(dá)到138.9 mS/cm，這可能是因?yàn)殡x子電導(dǎo)率取決于凝膠中離子濃度，而本實(shí)驗(yàn)中硫酸含量相同，含水量低時(shí)硫酸濃度較高，凝膠中離子濃度也較高，賦予6-PBHE復(fù)合水凝膠電解質(zhì)更高的離子電導(dǎo)率。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中均采用6-PBHE水凝膠電解質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能研究。

圖3(a)-(c)分別是凍干后的PVA、BC和6-PBHE復(fù)合水凝膠的掃描電鏡照片。如圖所示，PVA水凝膠具有明顯的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑較大；BC纖維相互纏結(jié)成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，孔徑小而致密，且發(fā)生團(tuán)聚；兩者復(fù)合后BC微纖維以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)纏繞在一起，與PVA基體形成強(qiáng)化的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑介于PVA和BC之間，一部分BC微纖維出現(xiàn)在凝膠表面且相互連接，末端延伸到致密的PVA基質(zhì)中。PVA長鏈和BC微纖維交織在一起，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比純PVA網(wǎng)絡(luò)更緊密。這是由于BC微纖維表面有豐富的羥基，可以與PVA相互作用，使BC微纖維穩(wěn)定均勻地分散在PVA基體中[24]。

圖3(d)是PVA、BC和6-PBHE的紅外光譜譜圖。如圖所示，PVA的特征峰主要是3500 (O-H的拉伸振動(dòng))、2800 (CH3的拉伸振動(dòng))、1500 (-CH2拉伸)和1140 cm-1(C-O在醇中的拉伸振動(dòng))； BC的特征峰主要是1300 (C=O拉伸振動(dòng))和1000 cm-1（醚鍵的拉伸振）[25]。PVA和BC交聯(lián)后，醚鍵(1037 cm-1)仍然存在，但與BC相比有一定紅移，說明PVA和BC有一定的相互作用，主要是通過兩種物質(zhì)分子鏈上的羥基之間形成分子間氫鍵來實(shí)現(xiàn)。此外，PVA醇羥基中C-O鍵的伸縮振動(dòng)峰(1140 cm-1)仍然存在，但純PVA中最強(qiáng)的峰(1090 cm-1)消失。而1140和1090 cm-1分別與PVA的結(jié)晶度和無定形構(gòu)象有關(guān)，說明BC與PVA無定形構(gòu)象分子鏈上的羥基形成氫鍵，導(dǎo)致1090 cm-1峰消失。圖3(e)是X射線衍射圖，PVA、BC和PBHE都是無定形結(jié)構(gòu)。PBHE主要表現(xiàn)為PVA衍射特征峰，但峰高相對較低，說明BC加入使PVA結(jié)晶度略有降低。該結(jié)果與FT-IR結(jié)果相符，即BC和PVA以氫鍵的形式形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 在此過程中，一方面，PVA非結(jié)晶區(qū)的C-OH受到與BC間氫鍵的影響，導(dǎo)致1090 cm-1峰消失；另一方面，由于BC干擾，PVA結(jié)晶過程受到影響，結(jié)晶度下降。

圖4是PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)的自修復(fù)性能圖。如圖4(a)所示，將水凝膠切斷并重新拼合斷面，3 min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。自修復(fù)機(jī)理可由圖4(b)解釋，當(dāng)水凝膠被切斷時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)被破壞，導(dǎo)致聚合物鏈斷裂、滑移，或兩者同時(shí)發(fā)生，聚合物鏈上的羥基因此重獲自由，賦予斷裂表面活性。將斷面重新拼接后，不同斷面上的羥基重新結(jié)合，形成氫鍵，建立新的平衡狀態(tài)。對修復(fù)前后的6-PBHE水凝膠電解質(zhì)進(jìn)行交流阻抗測試，進(jìn)一步研究其修復(fù)效率，結(jié)果如圖4(c)。水凝膠電解質(zhì)的歐姆電阻隨修復(fù)次數(shù)增加而增大，兩次修復(fù)后電阻由修復(fù)前的0.97 Ω增加到1.22 Ω。由離子電導(dǎo)率計(jì)算公式σ =d/(R·S)可得圖4(d)，一次修復(fù)后水凝膠離子電導(dǎo)率為84.1 mS/cm，修復(fù)率為74%，兩次斷裂修復(fù)后修復(fù)率為72%，但修復(fù)完成時(shí)間延長至10 min，且難以進(jìn)行第三次修復(fù)。此外，還研究了修復(fù)一次后時(shí)間對離子電導(dǎo)率的影響，發(fā)現(xiàn)第一次自修復(fù)后，6-PBHE水凝膠電解質(zhì)離子電導(dǎo)率隨時(shí)間延長略有增大，但最終會趨于恒定（圖 S2）。這可能是由于BC和PVA鏈上的氫鍵會迅速自發(fā)結(jié)合，使可用于斷面間結(jié)合的氫鍵減少，因此，在第二次修復(fù)后，斷面已自發(fā)成為新的平衡表面難以再進(jìn)行修復(fù)[26]。

在6-PBHE復(fù)合水凝膠電解質(zhì)表面原位聚合不同濃度的苯胺(0.05、0.1、0.2、0.3和0.4 mol/L)，組裝成柔性一體化超級電容器，制備過程如圖5所示，并對其進(jìn)行循環(huán)伏安測試、恒電流充放電測試、電化學(xué)阻抗譜和循環(huán)穩(wěn)定性測試。圖6(a)是掃速5 mV/s時(shí)的CV曲線，苯胺濃度較低時(shí)，CV曲線呈現(xiàn)一對比較明顯的氧化還原峰，CV曲線的面積對應(yīng)于材料的比電容。當(dāng)苯胺濃度增加到0.2 mol/L時(shí)，氧化還原峰變寬，曲線面積最大，說明其比電容最高。圖6(b)是電流密度0.2 mA/cm2時(shí)的GCD曲線，各曲線呈類似的等腰三角形，但苯胺濃度為0.2 mol/L時(shí)放電時(shí)間長，由比電容計(jì)算公式Cs=2(I·Δt)/(ΔV·s)可得，其比電容更大。圖6(c)是不同苯胺濃度的超級電容器器件的比電容。發(fā)現(xiàn)器件的比電容隨苯胺濃度增加先增大后減小，苯胺濃度為0.2 mol/L時(shí)比電容達(dá)到最大值581 mF/cm2，這可能和聚苯胺電極層厚度不同有關(guān)。較厚的聚苯胺層可以促進(jìn)電極和電解質(zhì)界面間離子和電子傳輸，從而獲得更高的比電容，這可以從不同苯胺濃度凝膠膜的厚度照片證明( 圖 S3)。苯胺濃度為0.2 mol/L 時(shí)凝膠膜具有更厚的苯胺層。但當(dāng)苯胺濃度進(jìn)一步升高時(shí)，高濃度的苯胺在聚合過程中易于凝膠化，阻礙了聚苯胺負(fù)載量的進(jìn)一步增加，從而未能充分發(fā)揮聚苯胺的電容性能[27]。圖6(d)是不同苯胺濃度下超級電容器的阻抗圖。從高頻區(qū)看，各器件歐姆電阻集中在2.0-3.0 Ω，且隨著苯胺濃度增加呈先減后增趨勢，苯胺濃度為0.2 mol/L時(shí)達(dá)到最?。?.44 Ω）。這一現(xiàn)象與上述苯胺濃度高但比電容低的解釋一致。從低頻區(qū)來看，苯胺濃度0.2 mol/L曲線斜率最大，說明其電容性能最好。該結(jié)果與CV和GCD測試結(jié)果一致。因此，苯胺濃度為0.2 mol/L時(shí)器件具有更好的電化學(xué)性能。

此外，在0.2 mol/L苯胺的基礎(chǔ)上，還研究了不同纖維素濃度超級電容器的電化學(xué)性能，詳見，其CV和GCD曲線呈現(xiàn)出的規(guī)律同相同（圖S4），CV曲線的面積隨掃速增大而逐漸增加，氧化還原峰變寬并向電位窗口兩側(cè)移動(dòng)。GCD曲線的放電時(shí)間隨電流密度增加而縮短，0.2 mA/cm電流密度下放電時(shí)間最長。但2-PANI-6-PBHE SC器件CV曲線面積最大， GCD曲線放電時(shí)間最長，歐姆電阻則最小，該結(jié)果表明，6-PBHE水凝膠電解質(zhì)組裝的超級電容器電化學(xué)性能最好( 圖S5)。

圖6(e)為超級電容器在不同電流密度下面積比電容。苯胺濃度0.2 mol/L時(shí)器件比電容最大，在0.2 mA/cm2的電流密度下達(dá)到581 mF/cm2。當(dāng)電流密度增大15倍至3 mA/cm2時(shí)，其比電容仍有467 mF/cm2，表現(xiàn)出大電流下的穩(wěn)定性。圖6(f)是超級電容器的儲能特性，苯胺濃度為0.2 mol/L的器件擁有更高的能量密度。功率密度為50 μW/cm2時(shí)，其能量密度為20.17 μW·h/cm2，當(dāng)功率密度增大15倍到750 μW/cm2時(shí)，能量密度仍有16 μW·h/cm2，表現(xiàn)出良好的儲能特性。圖6(g)是器件的循環(huán)測試和點(diǎn)亮LED燈的圖片。如圖所示，5000次恒流充放電后器件電容保持率高達(dá)75.6%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。將兩個(gè)電容器器件串聯(lián)充電至1.5 V后，LED燈可持續(xù)點(diǎn)亮32 s。表1是本工作與其他研究的比較，本工作中的超級電容器器件具有更高的面積比電容以及較高的能量密度和功率密度，表明PVA/BC復(fù)合水凝膠電解質(zhì)與聚苯胺電極可以賦予超級電容器較好的電化學(xué)性能和儲能能力。

表 1 本工作與其他超級電容器電化學(xué)性能比較Table 1 Comparison of area specific capacitance between our SC device and other supercapacitors

圖7是2-PANI-6-PBHE SC器件的自修復(fù)性能圖。如圖7(a)所示，將器件切成兩部分，然后沿?cái)嗝嬷匦逻B接，電容器修復(fù)良好。對修復(fù)前后2-PANI-6-PBHE SC各項(xiàng)電化學(xué)性能進(jìn)行測試，結(jié)果如圖7(b)、7(c)和7(d)所示。2-PANI-6-PBHE 超級電容器器件一次修復(fù)后比電容有所下降。主要原因是器件由PVA/BC水凝膠電解質(zhì)與PANI電極構(gòu)成，器件的自修復(fù)性能主要來自于PVA/BC水凝膠電解質(zhì)，器件的比電容主要來自于PANI電極材料。但PANI電極材料自身不具有自修復(fù)性能。因此，器件切成兩部分后，器件比電容降低。表現(xiàn)為，CV曲線面積減小，但形狀不變，氧化還原峰仍明顯存在；在GCD圖中，修復(fù)后器件的充放電時(shí)間略有縮短。修復(fù)后器件的歐姆電阻明顯增加，電荷轉(zhuǎn)移電阻也略有增加。這種現(xiàn)象主要是因?yàn)槠骷袛嗪螅环矫?，PVA/BC水凝膠電解質(zhì)不可能完全修復(fù)；另一方面，原位聚合的PANI電極材料自身不具有自修復(fù)性能。這些都增大了接觸電阻，導(dǎo)致器件整體電阻增加?；贑V和EIS曲線的修復(fù)率如圖7(e)所示，器件比電容的修復(fù)率為66%，明顯低于PBHE水凝膠電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的修復(fù)效率，表明電極材料聚苯胺的引入使得器件修復(fù)效率降低。此外，2-PANI-6-PBHE SC在柔性測試中也表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。如圖S6所示，在不同彎曲角度（0°、90°和180°）下測得的GCD和CV曲線幾乎完全重合，證明不同彎曲角度下器件的電化學(xué)性能幾乎沒有變化，展現(xiàn)出極好的柔性和穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

以聚乙烯醇、細(xì)菌纖維素為聚合物基體，硫酸作為電解質(zhì)，通過凍融循環(huán)法成功制備自修復(fù)聚乙烯醇/細(xì)菌纖維素復(fù)合水凝膠。

制備復(fù)合水凝膠時(shí)，當(dāng)加入的細(xì)菌纖維素為聚乙烯醇的0.6%時(shí)，制備的復(fù)合水凝膠電解質(zhì)具有良好的自修復(fù)性能和力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度高達(dá)0.41 MPa，離子電導(dǎo)率高達(dá)到138.9 mS/cm，一次修復(fù)后復(fù)合水凝膠電解質(zhì)離子電導(dǎo)率為84.1 mS/cm，修復(fù)率為74%，二次修復(fù)后離子電導(dǎo)率修復(fù)率仍高達(dá)72%。

在復(fù)合水凝膠電解質(zhì)表面原位聚合聚苯胺電極，設(shè)計(jì)組裝柔性一體化超級電容器時(shí)，苯胺濃度為0.2 mol/L時(shí)，超級電容器電化學(xué)性能最優(yōu)，自修復(fù)性能最好。在0.2 mA/cm2的電流密度下達(dá)到580.8 mF/cm2的高比電容、出色的能量密度(20.17 μW·h/cm2)和功率密度(50 μW/cm2)，且一次修復(fù)后電容保持率達(dá)到66%，循環(huán)5000次后電容保持率高達(dá) 75.6%。