双交联增强型纤维素纳米纤维/聚乙烯醇水凝胶电解质在全气候条件下的超级电容器应用

双溶剂交联水凝胶通过PVA基体改性及LiCl盐 hydration效应实现环境自适应与机械强化，添加CNFs形成双交联网络，其拉伸强度达1.38 MPa，-40℃仍保持6.5 mS cm⁻¹离子电导率，30天蒸发环境后电导率衰减仅11.6%。基于该水凝胶通过原位聚合法组装的超级电容器在0.2 mA cm⁻²电流密度下比电容127 mF cm⁻²，-20℃低温环境仍保持81.4%初始电容，30天蒸发环境下电容保留80.1%。该材料体系显著提升柔性电子器件的环境适应性。

开发出一种具有环境适应性和机械强度提升的双组分溶剂水凝胶，该水凝胶采用经过双重交联改性的聚（乙烯醇）（PVA）基质，并掺入了水合盐。这种水凝胶在柔性电子器件方面具有显著的性能改进。作为有机溶剂的乙二醇（EG）有助于形成结合水；LiCl作为离子溶质，通过其离子水合作用减少了挥发和结晶现象，同时改善了离子导电性。通过添加纤维素纳米纤维（CNFs），在水凝胶中形成了CNFs与PVA链之间的双重交联网络，使其拉伸强度、断裂伸长率和韧性分别达到1.38 MPa、313%和1.79 MJ m^–3。PCEL（PVA/CNFs/EG/LiCl）水凝胶具有高导电性（61.2 mS cm^–1）和出色的抗冻性能（在−40 °C时离子导电性仍为6.5 mS cm^–1）。此外，PCEL水凝胶在蒸发环境中放置30天后仍保持28.18 mS cm^–1的离子导电性。通过原位聚合聚苯胺将其组装成全水凝胶状态的超级电容器后，该超级电容器在0.2 mA cm^–2的电流密度下具有127 mF cm^–2的比电容，并且在−20 °C以及暴露于蒸发环境30天后，其电容分别保留了初始值的81.4%和80.1%。这种方法显著增强了导电水凝胶的环境适应性，为开发适用于各种气候条件的超级电容器提供了一种简便的方法。