聚丙烯酸钠在超级电容器中用作凝胶电解质和电极粘结剂

聚丙烯酸钠凭借高亲水性、良好的离子传导潜力和结构可塑性等优势，在超级电容器中主要用作凝胶电解质和电极粘结剂，适配柔性、植入式等多种新型超级电容器，既能解决传统器件电解液泄漏、力学性能差等问题，又能提升器件的电化学稳定性与实用性，以下是具体应用及相关研究成果：

作为凝胶电解质

聚丙烯酸钠可通过交联等方式制备凝胶电解质，相比传统液态电解质，能避免泄漏风险，且可与柔性电极协同适配可穿戴、植入式等场景，部分经改性后还能适应极端环境。

柔性超级电容器专用电解质：交联后的聚丙烯酸钠凝胶电解质具备良好柔韧性，适配柔性超级电容器的形变需求。例如有研究以交联聚丙烯酸钠凝胶为电解质，碳布为集流体，组装成NaFePO₄/ 碳布为正极、活性炭/碳布为负极的柔性固态非对称超级电容器，在1mA/cm²电流密度下极大电容达46.33mF/cm²，经过5000次充放电循环后电容保持率为87.33%，且弯曲状态下电容几乎无变化。另外，香港城市大学团队将其与纤维素复合制成双网络水凝胶电解质，在6M KOH强碱环境中仍有1200%的可拉伸性能，用其制备的平面锌-空气电池（与超级电容器储能原理有共通的电化学基础），拉伸800%时功率密度仍达210.5mW/cm²，为柔性超级电容器在极端工况下的应用提供了思路。

抗冻改性适配低温场景：借鉴聚丙烯酸水凝胶的抗冻改性经验，聚丙烯酸钠可通过复合改性实现低温下的稳定工作。如类似聚丙烯酸-二甲基亚砜-硫酸水凝胶的改性逻辑，若在聚丙烯酸钠中引入二甲基亚砜等组分，可调控水分子结合状态避免低温冻结，这类改性后的凝胶电解质在 -40℃时仍能保持一定离子电导率，对应的超级电容器在该温度下比电容可达室温的70%，5000次充放电后电容保留率84.5%，可满足寒冷环境下超级电容器的使用需求。

植入式器件生物相容电解质：聚丙烯酸钠丰富的亲水性基团和灵活长分子链，使其水凝胶具备优异的组织粘附性，适合作为植入式超级电容器的电解质相关组分，例如兰州理工大学的研究中，以聚丙烯酸（与聚丙烯酸钠性能同源）水凝胶为基体，掺入PEDOT:PSS作为导电成分，搭配壳聚糖季铵盐制备的水凝胶电解质，不仅能通过氢键与人体组织紧密连接，无需手术缝合线固定，还具备良好生物相容性和抗菌性，为植入式超级电容器的电解质设计提供了参考。

作为电极粘结剂

聚丙烯酸钠在超级电容器电极中可发挥粘结作用，其性能优于传统CMC+SBR复合粘结剂，能强化电极结构稳定性并优化电化学性能，适配多种电极材料体系。

强化电极结构稳定性：聚丙烯酸钠分子链上的羧基可与石墨、硅基等电极活性物质形成氢键或共价键，形成线性粘接而非传统粘结剂的点对点粘接，对活性物质颗粒的锚固效果更强。这种特性可有效缓冲超级电容器电极充放电过程中的体积膨胀，防止活性物质脱落，同时提升电极压实密度（较传统粘结剂高0.1以上），保证电极结构在长期循环中不坍塌。例如在硅基复合电极中，它能应对硅材料300%-400%的体积膨胀，显著提升电极稳定性。

优化电化学性能：其分子中的羧酸钠等强极性基团有助于降低电极阻抗，提升离子传导效率，让超级电容器的倍率性能更优。而且它在电解液中几乎不溶胀，能保持电极膜的高强度，减少因溶胀导致的内阻升高问题。此外，作为钠盐类物质，它还具备预钠化功能，可在超级电容器首次循环中补偿钠离子损耗，间接提升器件能量密度。同时，其水性特性可简化制浆工序，替代需有毒溶剂的粘结剂，降低电极制备成本与环保风险，适配锰酸锂、磷酸铁锂等多种电极体系，还能改善锰酸锂电极的高温循环衰减问题。

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