浙理工武观团队AFM：高容量可植入锌离子混合电容器

摘要：随着社会对生命健康与可穿戴电子领域的重大需求，开发生物兼容性好、能量密度高和循环寿命长的柔性储能材料，作为可植入电源用于生物医疗电子产品的稳定供电，已成为材料、能源、化工等领域重要发展的前沿方向之一。然而，常规可植入式储能器件存在容量低、电解液有毒、使用寿命短

随着社会对生命健康与可穿戴电子领域的重大需求，开发生物兼容性好、能量密度高和循环寿命长的柔性储能材料，作为可植入电源用于生物医疗电子产品的稳定供电，已成为材料、能源、化工等领域重要发展的前沿方向之一。然而，常规可植入式储能器件存在容量低、电解液有毒、使用寿命短、集成于器官表面稳定性差等问题。因此，如何开发高容量、寿命长、生物兼容性好、稳定粘附组织的柔性储能材料是可植入能源领域是极具挑战性的课题之一。

近日，浙江理工大学武观研究员、满增明特聘副教授与南京大学董衡医生，构筑了异质多孔结构COF-5/Ti32柔性正极，用于可穿戴、可修复与可植入的高性能水系锌离子混合电容器。得益于柔性COF-5/Ti32x电极材料具有大层间距、导电多孔网络、多活性存储位点等优点，显著增强了界面电荷转移、锌离子传质动力学与存储能力，储能器件呈现出优异的面积容量 (952 mF cm²) 和能量密度 (160 mWh cm²)。再者，开发出具有好生物兼容性、高离子电导率 (42.1 mS cm−1)、强界面黏附性能的蚕丝纳米纤维修饰的凝胶电解质。构筑的固态锌离子混合电容器，在穿刺、剪切、完全破坏再连接的条件下，仍然能够为柔性电子显示器稳定供电。此外，通过体外和体内生物相容性测试结果表明，该固态锌离子混合电容器具有良好的生物安全性。利用N-羟基琥珀酰亚胺酯接枝的水凝胶将该固态锌离子混合电容器良好地粘附在小鼠皮下组织上，植入式能源器件展现出520 mF cm-2的可逆面积容量，并且在经过2000次充放电循环后，电容保持率达到80.2%，为高容量、生物相容性好、循环寿命长的新一代可植入电源的设计提供了材料基础。该研究成果于近日发表在国际重要材料刊物《Advanced Functional Materials》上 (Wearable, Recoverable, and Implantable Energy Storage Devices With Heterostructure Porous COF-5/Ti32Cathode for High-performance Aqueous Zn-ion Hybrid Capacitor, DOI: 10.1002/adfm.202421517)。浙江理工大学材料科学与工程学院硕士研究生谢盼盼为论文第一作者，满增明特聘副教授、董衡医生与武观研究员为共同通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江理工大学基金等项目的资助。