基于高浓度电解质与共轭构型耦合的印刷叉指超级电容器：抑制自放电与拓宽电压窗口的新策略

针对柔性超级电容器在高电压下自放电严重、电压窗口受限的难题，研究人员通过耦合水-in-盐(WiS)电解质与共轭电极构型，开发出具有宽电压窗口(>1.23 V)和低自放电特性的叉指超级电容器。该器件采用挤出式直写技术制备，质量负载达30.0±5.0 mg·cm?2 ，半电压衰减时间较传统活性炭(AC)基EDLC延长14.7倍，为可穿戴能源器件提供了普适性解决方案。

　　

随着可穿戴电子设备的快速发展，柔性储能器件面临两大核心挑战：高电压下的严重自放电现象和有限的工作电压窗口。传统电化学双层电容器(EDLC)在开放电路状态下会快速损失储存能量，尤其当电压超过0.6 V时，这种现象更为显著。这严重制约了其在植入式血压监测、心脏起搏器等医疗电子设备中的应用。更棘手的是，常规水基电解质受限于水的热力学分解电压(1.23 V)，难以同时实现高能量密度和稳定性。

针对这一技术瓶颈，中国的研究团队创新性地将高浓度水-in-盐(WiS)电解质与共轭电极构型相结合，开发出新型印刷叉指超级电容器。该研究通过理论计算与实验验证，证实WiS电解质能有效抑制水分子活性，将工作电压提升至1.23 V以上；而共轭构型设计通过平衡阴阳极界面浓度梯度，显著降低寄生放电。相关成果发表于《Journal of Energy Storage》，为解决柔性储能器件的自放电难题提供了新思路。

研究采用挤出式直写技术(Direct Ink Writing)制备叉指电极，结合溶胶-凝胶法合成δ-MnO₂
活性材料。通过密度泛函理论(DFT)模拟分析电解质中水分子活性和离子扩散行为，并构建自供电集成系统验证实际应用性能。

合成δ-MnO₂
活性材料
采用KMnO₄
与MnSO₄
·H₂
O水热反应制备层状δ-MnO₂
，其独特的层间结构有利于离子快速传输。

自放电与电压窗口比较
WiS基共轭器件的半电压衰减时间达传统AC-EDLC的14.7倍，且电压窗口突破1.23 V限制。理论分析表明，高浓度LiCl电解质形成固态水合相，抑制了水电解；共轭构型则通过维持电荷载体恒定浓度，减少界面浓度梯度。

结论与展望
该工作首次实现WiS电解质与共轭构型的协同效应：WiS拓宽电压窗口的同时，共轭设计缓解自放电。30.0±5.0 mg·cm^?2
的高质量负载使器件面能量密度达325.0 μWh cm^?2
。与太阳能电池集成的压力传感系统验证了其实际应用价值，为下一代柔性电子提供了普适性设计范式。这种耦合策略可推广至其他叉指器件，推动可穿戴医疗电子向高可靠性方向发展。