當智能手環因電池鼓包報廢、折疊屏手機因電路斷裂失靈，柔性電子設備的“心臟”——儲能元件正面臨終極考驗。我國大連工業大學團隊近日在《化學科學與工程前沿》發表突破性研究，將造紙廢料木質素轉化為可拉伸導電水凝膠，打造出全球首款彎折萬次不衰減的超級電容器。這項技術讓柔性電子器件真正擁有了“橡皮筋般”的耐用性——即便對折90度一萬次，容量仍保持94%，為可穿戴設備注入“超長待機”基因。

造紙黑液的逆襲：從污染源到能源寶藏

每年全球造紙業產生的7000萬噸木質素中，超過九成被焚燒或填埋，既污染環境又浪費資源。這種褐色粉末雖富含碳網結構，卻因不溶于水、缺乏活性，長期淪為“工業邊角料”。研究團隊通過“天門冬氨酸接枝”技術，在木質素分子上安裝親水基團，使其像泡發的海綿般吸水膨脹。隨后與海藻酸鈉進行雙重交聯，形成“鋼筋+混凝土”式的立體網格結構。最終誕生的水凝膠可拉伸至原始長度的30倍（3008%應變），同時具備11.7 mS/cm的離子電導率，相當于在凝膠中開辟出四通八達的“電流高速公路”。

“傳統水凝膠一拉就斷，就像脆弱的果凍。”論文通訊作者高策解釋道，“而我們的材料即使拉伸到3米長，也能像橡皮筋一樣回彈如初。”對比實驗顯示，改性水凝膠的拉伸強度達到0.03 MPa，是普通材料的2.3倍，在300℃高溫下仍能保持80%的重量，熱穩定性提升20%。

給電子器件穿上“液態護甲”

將這種水凝膠夾在活性碳布電極之間，團隊組裝出厚度不足1毫米的柔性超級電容器。測試數據顯示：其單位質量電容達39.46 F/g，最高能量密度5.48 Wh/kg，1萬次充放電后容量不降反增15%。更令人驚嘆的是，在反復彎折、扭曲的暴力測試中，器件始終穩定供電——驅動LED燈持續點亮70秒，帶動電子計時器運行3分鐘。

“液態電解質就像裝滿水的塑料袋，稍受擠壓就會泄漏。”論文共同作者孫潤倉比喻道，“而水凝膠既具備固態的安全性，又保留液態的高效導電。”這種特性使其能緊密貼合人體曲線，甚至植入智能衣物。實驗證明，即便在-20℃嚴寒中，電容性能仍保持96.7%，破解了柔性設備在極端環境中的“續航焦慮”。

綠色能源的“分子魔術”

這項技術的顛覆性更在于“點廢成金”。每噸木質素的改性成本不足千元，而同等性能的商用高分子電解質價格高出數十倍。團隊測算，若將全球廢棄木質素的10%轉化為水凝膠，可滿足1億臺智能手表的年用電需求，減少二氧化碳排放約800萬噸——相當于4萬輛汽車停駛一年的環保效益。

目前，該材料已通過生物相容性檢測，正與可穿戴廠商合作開發皮下貼片式健康監測器。研究人員透露，未來若結合3D打印技術實現微米級精度調控，這種“木質素心臟”或將成為人造肌肉、軟體機器人的核心動力源。正如國際審稿人所言：“它讓生物質資源的高值化利用從實驗室走向了產業閉環。”

來源: 化學工程前沿FCSE