柔性透明超级电容器（FTSCs）因具有高的光学透光率、持久的机械柔性、优异的电化学性能和易于制备的器件结构等优点，受到科研界和产业界的广泛关注。因此，系统地对FTSCs的电极材料设计、电极制备和器件结构进行综述具有重要意义。基于此，南京邮电大学黄维院士和赵强教授团队在Advanced Functional Materials期刊以“Flexible Transparent Supercapacitors: Materials and Devices”为题综述了FTSCs研究领域的最新进展。首先，概述了FTSCs的器件结构、储能机理、光电性质和机械柔性。然后，讨论了电极材料的设计原则，总结了具有优异的光电性能（包括光电性质FoMe和电容性质FoMc）、机械柔性和循环稳定性的柔性透明导电电极（FTCEs）的制备策略。接下来，讨论了薄膜超级电容器、微型超级电容器、电致变色超级电容器、光超级电容器和电池类电池超级电容器等多功能FTSCs的研究现状。最后，分析了FTSCs目前所面对的挑战和未来的发展前景。

　　图1 FTSCs的制备及应用的图形摘要
　　1.FTSCs的结构、机理和性质
　　FTSCs可分为薄膜超级电容器（图2a(i)）和微型超级电容器（图2a(ii)）两类，有双电层电容（EDLC）和赝电容两种储能机理。柔性测试主要有弯曲变形（图2c）和拉伸变形（图2d）两种。

　　图2 FTSCs的器件结构(a)、储能机理(b)、机械柔性(c,d)
　　2.电极材料
　　为了制备出具有高透光性、高柔韧性和高电容性的FTCEs，可以将电极材料设计成五种类型：超薄薄膜、一维纳米线交错薄膜、不规则网络薄膜、有序图案化薄膜和插指型薄膜。
　　金属材料（比如Ag、Au和Ni）具有优异的导电性、光学特性和机械延展性等优点，可直接沉积在柔性透明基底表面制备出金属基FTCEs（图3）。但是，在一定电压下，Ag NWs会发生电离，从而降低电容性能。相比之下，Au具有良好的抗氧化和抗腐蚀的化学稳定性，可直接用作活性材料或导电集流体。Ni网格适合用作活性材料的集流体，它不仅增大了电极材料的活性面积，提高了结构稳定性，而且实现了优异的透光率。

　　图3金属基FTCEs
　　金属氧化物具有较高的理论比电容、丰富的自然资源和环境友好性等优点，成为应用最广泛的赝电容材料。然而，固有的低导电性和不透明性限制了其在FTSCs中的独立应用。通过将金属氧化物沉积在柔性透明集流体表面，可构建出具有优异的光电性质和电容性能的FTCEs。MXene是一种过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，具有良好的亲水性、高导电性和高理论电容，可直接沉积在柔性透明基底上制备出薄膜型FTCEs。在目前的研究中，最常用的是碳化钛材料。MoS2主要有1T金属态和2H半导体态两种晶体结构。与2H-MoS2相比，1T-MoS2因具有较大的层间距、良好的亲水性和大的体积容量等特点，在储能领域受到了更多的关注。通过将1T-MoS2纳米片沉积在导电ITO表面或与Ag NWs网络进行复合可以制备出高性能的FTCEs。碳材料（如石墨烯和碳纳米管）具有良好的电学、光学和机械性质。对应的薄膜型FTCEs具有高的比电容、低的片电阻和较强的机械柔性。同时，有序排列的碳纳米管基FTCEs具有更高的电导率和更好的结构完整性，有望成为具有高功率密度和长循环寿命FTSCs的候选材料。过渡金属氢氧化物（如Ni(OH)2、Co(OH)2和FeOOH）是一类典型的赝电容材料。虽然它们具有高的理论比电容，但是低导电性限制了其直接用作活性材料。目前，制备基于过渡金属氢氧化物的FTCEs主要有以下两种方法：1）将金属氢氧化物纳米片沉积在导电金属网络上；2）与导电石墨烯材料进行复合（图4）。

　　图4 (a-c) Ag NWs/Ni(OH)2 FTCEs. (d-f) Ni(OH)2/graphene FTCEs
　　与无机导电材料相比，导电聚合物（如PANI、PPy和PEDOT:PSS）具有抗拉强度好、理论比电容高、柔韧性好、重量轻和加工性好等优点。通过将这类材料与柔性透明导电集流体（如Ni网格、Ag NWs和Ag栅格）进行结合，可以形成具有最佳光电性能的FTCEs。MOFs是一类通过金属离子与有机配体进行配位制备的多孔晶体材料，具有比表面积大、孔径可调、氧化还原活性位点丰富等优势。通过将其在柔性透明衬底上集成超薄薄膜，可以成功制备出FTCEs（图5）。

　　图5 基于二维Ni(HITP)2 MOFs的FTSCs
　　3.FTSCs的器件类型
　　该综述重点总结了FTSCs的器件构型，包括薄膜超级电容器、微型超级电容器、电致变色超级电容器、光敏超级电容器和类电池超级电容器。薄膜超级电容器分为对称超级电容器和不对称超级电容器两类。柔性透明微型超级电容器可分为两类：夹层结构和面内结构，在便携式微电子领域具有广泛的应用前景。
　　4.总结与展望
　　该综述系统且全面地总结了FTSCs在电极材料设计、电极制备和器件构型等方面的研究进展。尽管，在实验室研发阶段已经取得了重要进展，但是，在产业应用方面的进展仍比较迟缓。因此，有必要从产业化的角度对通用标准和技术指标进行标准化。例如，FTSCs需要建立一系列的技术标准，包括光电性质测试方法、机械柔性评价标准、比电容性能评价指标等。
　　文章来源：高分子科学前沿