伸缩式超级电容器由于能够用作伸缩式电子设备，生物集成电子设备和可穿戴电子设备的独立的电源，近年来得到广泛研究。纳米材料包括金属，碳，赝电容性聚合物，MXene，和金属氧化物已被用于制造这类器件。尤其是，由碳纳米材料（例如，活性炭，石墨烯，碳纳米管）制成的可拉伸超级电容器由于其低成本，高表面积和长循环寿命而非常具有应用前景。目前大多数可拉伸电极是由薄膜材料制成的，由于刚性活性材料和软质基材之间的机械性能不匹配，因此在制造过程中会出现开裂的问题。电极承受较大且反复的应变，导致其电化学性能明显下降。近年来，已经探索出垂直排列的CNT阵列电极来制造坚固且可拉伸的超级电容器。皱缩的CNT阵列的主要优点包括其可调控的孔结构，较短的离子传输时间和较低的离子扩散阻力，从而使其具有高功率碳纳米管阵列电极的特征，使其即使在承受大的应变（例如300％）时也不会开裂，从而获得了更好的机械强度。此外，皱折的CNT阵列电极可以通过直接喷涂轻松地修饰成具有高性能的混合高性能超级电容器。尽管有这些优点，但皱缩的CNT阵列电极仍具有相对较大的电阻，特别是在极大的机械应变下（例如800％的面积应变），这会导致高速充电/放电测量的性能不佳。这种现象主要是由于良好连接的CNT网络的破坏以及在极大的机械应变下单个纳米管之间的不良物理接触所致。该电阻问题极大地限制了皱纹的CNT阵列电极的功率密度和速率能力，成为其在某些应用中使用的障碍。

有鉴于此，杜克大学的Jeffrey T. Glass和密歇根州立大学曹长勇教授等人合作，

提出了一种在较大应变变形下降低皱缩的CNT阵列电阻的简便方法，设计制备了一种基于折皱的Au涂层碳纳米管阵列（Au-CNT阵列）的耐用且高性能的可拉伸电极。

本文要点

1）首先在CNT阵列的顶部沉积了一层金属薄膜，以形成Au改性的CNT林电极。Au修饰的CNT阵列（称为Au-CNT阵列）增加了CNT阵列与预应变基底之间的接触面积，这促进了阵列的转移。更重要的是，Au修饰的CNT阵列网络将电极的电阻降低了一个数量级，同时保持了皱折的CNT阵列的独特多孔结构。

2）实验测量表明，在高速充电/放电测量中，在非常大的机械应变（即800％面积应变）下获得了几乎恒定的电化学性能。所制备的对称超级电容器在大应变和40 mA cm^-2的电流密度下显示出约6 mF cm^-2的最大比电容，表现出卓越的机械和电化学稳定性。

3）具有高功率密度和快速充电/放电能力的Au-CNT阵列电极和相应的全固态超级电容器的成功开发，代表了基于垂直排列的CNT阵列的高拉伸性，高性能超级电容器发明的重大进步。

总之，该工作提出了一种基于垂直排列的纳米管或纳米线的，可制造高度可拉伸的超级电容器的简便方法。

参考文献：

Yihao Zhou et al. Robust and High-Performance Electrodes via Crumpled Au-CNT Forests for Stretchable Supercapacitors. Matter, 2020.

DOI: 10.1016/j.matt.2020.02.024

https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.02.024