隨著可穿戴電子和便攜式電子設(shè)備如柔性顯示屏、電子皮膚、智能服裝等的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)能源儲(chǔ)存器件的安全性、可靠性及柔韌性等提出了更高的要求。超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能器件，通過在電極材料和電解質(zhì)界面快速的離子吸脫附或完全可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)來存儲(chǔ)能量。因其具有電池難以企及的高電容值、高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低維護(hù)成本等優(yōu)勢(shì)引起了廣泛的關(guān)注和研究。盡管超級(jí)電容器有諸多優(yōu)點(diǎn)，然而其能量密度（＜10Wh/Kg）通常比鋰離子電池（＞100Wh/Kg）要小很多，因此制約了其廣泛應(yīng)用。
根據(jù)能量密度公式E=1/2CV2，可通過提高超級(jí)電容器電極的比電容(C)以及電解液的工作電壓(V)來提高其能量密度(E)。最近，美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的Shaoqin Sarah Gong教授（通訊作者）和博士生Qifeng Zheng（第一作者）采用上述策略，制備了一種自支撐復(fù)合材料氣凝膠電極，并開發(fā)了一種離子液體/高分子固態(tài)電解液，組裝出具有超高能量密度的柔性全固態(tài)超級(jí)電容器（Q.Zheng,A.Kvit,Z.Cai,Z.Ma,S.Gong,A freestanding cellulose nanofibril-reduced grapheneoxide-molybdenum oxynitride aerogel film electrode for all-solid-statesupercapacitors with ultrahigh energy density,J Mater Chem A(2017)。
該電極具有眾多優(yōu)勢(shì)：
1、將長(zhǎng)徑比高、比表面大的一維（CNF、MoO3）和二維（GO）材料復(fù)合，易形成自支撐電極材料；
2、在將氣凝膠中的氧化石墨（GO）通過水合肼蒸汽原位還原成石墨烯（RGO）的過程中，CNF和MoO3有效地阻止了RGO的聚集，充分發(fā)揮了石墨烯的儲(chǔ)能作用；
3、在還原過程中，MoO3被部分還原并引入了少量氮原子摻雜形成贗電容材料MoOxNy，顯著提高了電極的導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性及比電容值；
4、三維微孔電極可負(fù)載更多的電活性材料從而提高其總?cè)萘?，且貫通孔結(jié)構(gòu)極大地促進(jìn)了離子或電荷在電極活性材料表面的移動(dòng)。該電極在1.0 M硫酸電解液中展示出超高的質(zhì)量比電容（680 F/g）和面積比電容（1700 mF/cm2）；在離子液體電解液中也具有超高的質(zhì)量比電容（518 F/g）和面積比電容（1295 mF/cm2）。
將上述電極與基于離子液體/高分子的固態(tài)電解液（PVDF-P407-[BMPY][NTf2]Ionogel Electrolyte）組裝成對(duì)稱的全固態(tài)柔性超級(jí)電容器，其工作電壓可達(dá)3.6伏，遠(yuǎn)高于常用的PVA/H2SO4固態(tài)電解液。該超級(jí)電容器展示出262 F/g的質(zhì)量比電容，并且在2000次的循環(huán)充放電測(cè)試后，其電容值反而提高到初始值的106%。同時(shí)，該器件展示出非常優(yōu)越的柔韌性，在將其折疊成不同角度測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)其循環(huán)伏安曲線幾乎沒有任何變化。引人注目地，該全固態(tài)柔性超級(jí)電容器的能量密度可到到114 Wh/kg(18.8 Wh/L)，是目前文獻(xiàn)已報(bào)道的全固態(tài)超級(jí)電容器中的最高值，并且達(dá)到了可以跟鋰離子電池相媲美的程度（圖2）。
該工作通過巧妙的材料體系設(shè)計(jì)與簡(jiǎn)單的制備方法，針對(duì)性地解決超級(jí)電容器存在的問題。氣凝膠的三維多孔結(jié)構(gòu)解決超級(jí)電容器中離子傳輸?shù)膯栴}，MoO3的氮摻雜解決贗電容材料導(dǎo)電性和循環(huán)性的問題，離子液體電解液解決工作電壓的問題，自支撐多孔電極和高分子固態(tài)電解液解決柔性問題。該研究對(duì)高能量密度、高功率密度的柔性能源儲(chǔ)存器件的研發(fā)具有重要的參考價(jià)值。
