柔性超级电容器由于具有电化学可持续性、机械柔韧性、充放电速度快和循环使用寿命长等优点,被认为是有前途的柔性储能设备。柔性电极作为柔性超级电容器的重要组成部分至关重要。为了得到具有高柔韧性、质轻和低成本的柔性超级电容器,传统柔性电极的制备方法往往是将电活性材料涂覆或集成在非电活性的弹性基体上,然而这些非电活性基材会降低超级电容器整体的电化学性能,并且电极与凝胶电解质之间的有效接触受到绝缘聚合物扩散不良的限制,导致接触电阻增大,因此传统的柔性电极也不利于器件的电化学性能。导电聚合物水凝胶结合导电聚合物的导电性与水凝胶独特的性能(柔韧性、可拉伸性和更大的电化学反应表面积等),是构建柔性超级电容器的理想框架。本论文主要围绕设计和制备具有良好机械性能、电化学性能和自愈合性能的聚苯胺-聚乙烯醇(PANI-PVA)导电水凝胶,并研究其在柔性全固态超级电容器中的应用。本论文主要包括以下的内容:(1)基于PVA与蔗糖和蔗糖与苯胺(AN)之间的氢键,使PANI沿着PVA网络聚合,制备具有良好电化学性能的柔性聚苯胺水凝胶(Sucrose cross-linked polyaniline hydrogel,PH-S)。实验结果表明,PH-S水凝胶的断裂应力为131.1 KPa,模量为180.6 KPa,断裂伸长率为129.0%。PH-S水凝胶具有优异的电化学性能,其单电极的面积比电容可达1698.4 m F/cm~2(1 m A/cm~2)。基于PH-S电极的全固态超级电容器的面积比电容为464.7 m F/cm~2(1 m A/cm~2),当电流密度增大10倍,其电容保持率为98.7%,经过2000次充放电循环后,其电容保持率为82.4%。(2)为进一步提高PANI-PVA水凝胶的机械性能,利用氨基苯硼酸盐(ABA)作交联剂,将刚性的PANI分子链与柔性的PVA高分子链通过动态硼酸酯键结合,在低温下制备具有优异机械性能和良好电化学性能的双网络聚苯胺水凝胶(ABA cross-linked polyaniline hydrogel,PH-A)。PH-A水凝胶具有优异的机械性能,样品d-PH-A的断裂伸长率为601.8%,断裂应力为242.0 KPa,模量为235.1KPa。PH-A水凝胶具有良好的电化学性能,其电极的面积比电容可达1076.9m F/cm~2(1 m A/cm~2)。基于PH-A电极的全固态柔性超级电容器的面积比电容为243.6 m F/cm~2(0.5 m A/cm~2),电流密度增加10倍,器件的电容保持率为95.5%,经过1000次充放电循环后,其电容保持率为86.4%。(3)柔性储能器件在使用过程中不可避免的会产生物理损伤,因此本文分别利用植酸(PA)与PVA和甘油与PVA之间的可逆氢键赋予水凝胶自愈合性能,同时还利用碳纳米管(CNT)提供高的电导率,PANI提供赝电容,制备具有高导电性、机械性能优异和电化学性能良好的聚苯胺-碳纳米管-聚乙烯醇(Polyaniline-carbon nanotube-polyvinyl alcohol,PANI-CNT-PVA)三元复合水凝胶。PANI-CNT-PVA复合水凝胶具有良好的导电性,电导率为0.3μs/cm。三元复合水凝胶可以通过加热冷却的方法重塑。PANI-CNT-PVA水凝胶具有优异的机械性能,其断裂伸长率达722%,断裂应力为449 KPa,杨氏模量为53.6 KPa,韧性为1.6 MJ/m~3;自愈合后的PANI-CNT-PVA水凝胶的断裂伸长率为483%,断裂应力为236 KPa,杨氏模量为39.5 KPa,韧性为0.7 MJ/m~3。基于三元复合水凝胶的柔性全固态超级电容器具有良好的电化学性能和优异的自愈合性能,其面积比电容为260.1 m F/cm~2(0.5 m A/cm~2),经过1000次充放电循环后,其电容为初始的97.5%,器件在经10次切割/自愈合后,电容保持率为95.4%。