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科技的进步在加速便携式/可穿戴电子设备快速发展的同时给其储能器件提出了更苛刻的要求。在实际应用中，各种不可避免的意外情况会给电子设备和其储能器件造成巨大破坏。将超级电容器与具备在受到损伤后自动修复自身损伤特性的自修复水凝胶结合起来，制备出具有自修复功能的超级电容器，将会成为未来储能器件的重要发展方向之一。因此，本论文通过开发简单新颖的方法制备具有自修复功能的水凝胶电解质，并将其应用在超级电容器上，从而制备具有自修复功能的超级电容器。
基于传统超级电容器固态电解质PVA进行改性研究，通过琼脂糖和硼砂增强材料性能，制备出坚韧的PVA10wt%/AG/Borax-NaCl0.1M自修复水凝胶电解质。通过表征分析得知，该水凝胶电解质的自修复功能由以硼酸酯键为交联核心的PVA化学交联网络提供。该电解质具有38.2kPa的断裂应力，36.7mScm-1的离子电导率和81.6%的基于断裂应力的自修复效率。基于PVA10wt%/AG/Borax-NaCl0.1M自修复电解质组装的超级电容器，在电流密度为1Ag-1的情况下，获得了46.9Fg-1的比电容；在400Wkg-1时，能量密度可以达到23.4Whkg-1；在1Ag-1的电流密度下进行10000次恒电流充放电循环后，比电容保持率为71.6%。另外，该自修复超级电容器在弯曲90°的情况下，比电容为46.8Fg-1；经过破坏-修复后能保持96.6%的比电容。
受聚丙烯酸树脂高粘性、高吸水性的启发，我们将丙烯酸和乙二醇共聚，制备出具有自修复功能的PAA-g-EG水凝胶，其自修复功能主要靠氢键、分子链流动和酯键断裂-形成三者共同作用。该水凝胶的溶胀比最高可达119.7%；以KOH溶液为导电剂，制备出PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质。该电解质的断裂应力为253.2kPa，离子电导率为16.7mScm-1，基于断裂应力的自修复效率为89.1%。将PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质与活性炭组装后，在1Ag-1的电流密度下，比电容为67.1Fg-1；经过40次破坏-修复后，比电容能保持68.2%；其能量密度最高可达21.3Whkg-1；且经过40次破坏-修复循环后能量密度依旧能达到12.4Whkg-1。在4Ag-1的电流密度下对该超级电容器进行了10000次充放电循环，得到的比电容保持率为65.7%。
通过对PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质进行改进，将丙烯酸与腐殖酸共聚，制备出具有自修复功能的高强度PAA-g-HA0.25%/KOH水凝胶电解质。该电解质表现出3.2MPa的断裂应力，71.7mScm-1的离子电导率和96.9%的基于断裂应力的自修复效率。通过分析其组成成分，我们推测该水凝胶的自修复功能主要靠氢键、分子链流动和酯键断裂-形成三者共同作用。将PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质与还原氧化石墨烯进行自修复超级电容器的组装，经过电化学性能的测试得知，在0.5Ag-1的电流密度下，其比电容为62.2Fg-1；将该超级电容器进行50次的弯曲后，其比电容为60.5Fg-1；在经过破坏-修复后依旧能保持90.8%的比电容；另外该超级电容器的能量密度最高可以达到16.9Whkg-1。
基于传统超级电容器固态电解质PVA进行改性研究，通过琼脂糖和硼砂增强材料性能，制备出坚韧的PVA10wt%/AG/Borax-NaCl0.1M自修复水凝胶电解质。通过表征分析得知，该水凝胶电解质的自修复功能由以硼酸酯键为交联核心的PVA化学交联网络提供。该电解质具有38.2kPa的断裂应力，36.7mScm-1的离子电导率和81.6%的基于断裂应力的自修复效率。基于PVA10wt%/AG/Borax-NaCl0.1M自修复电解质组装的超级电容器，在电流密度为1Ag-1的情况下，获得了46.9Fg-1的比电容；在400Wkg-1时，能量密度可以达到23.4Whkg-1；在1Ag-1的电流密度下进行10000次恒电流充放电循环后，比电容保持率为71.6%。另外，该自修复超级电容器在弯曲90°的情况下，比电容为46.8Fg-1；经过破坏-修复后能保持96.6%的比电容。
受聚丙烯酸树脂高粘性、高吸水性的启发，我们将丙烯酸和乙二醇共聚，制备出具有自修复功能的PAA-g-EG水凝胶，其自修复功能主要靠氢键、分子链流动和酯键断裂-形成三者共同作用。该水凝胶的溶胀比最高可达119.7%；以KOH溶液为导电剂，制备出PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质。该电解质的断裂应力为253.2kPa，离子电导率为16.7mScm-1，基于断裂应力的自修复效率为89.1%。将PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质与活性炭组装后，在1Ag-1的电流密度下，比电容为67.1Fg-1；经过40次破坏-修复后，比电容能保持68.2%；其能量密度最高可达21.3Whkg-1；且经过40次破坏-修复循环后能量密度依旧能达到12.4Whkg-1。在4Ag-1的电流密度下对该超级电容器进行了10000次充放电循环，得到的比电容保持率为65.7%。
通过对PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质进行改进，将丙烯酸与腐殖酸共聚，制备出具有自修复功能的高强度PAA-g-HA0.25%/KOH水凝胶电解质。该电解质表现出3.2MPa的断裂应力，71.7mScm-1的离子电导率和96.9%的基于断裂应力的自修复效率。通过分析其组成成分，我们推测该水凝胶的自修复功能主要靠氢键、分子链流动和酯键断裂-形成三者共同作用。将PAA-g-EG50%/KOH自修复水凝胶电解质与还原氧化石墨烯进行自修复超级电容器的组装，经过电化学性能的测试得知，在0.5Ag-1的电流密度下，其比电容为62.2Fg-1；将该超级电容器进行50次的弯曲后，其比电容为60.5Fg-1；在经过破坏-修复后依旧能保持90.8%的比电容；另外该超级电容器的能量密度最高可以达到16.9Whkg-1。