近日，能源与材料学院林东海、陈诚团队在《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“Self-reporting and high-energy supercapacitors enabled by electrochromic ZnCo-S@CuFe-LDH heterostructures via interfacial engineering”的最新研究成果。该研究为超级电容器的实时状态监测与高性能集成提供了全新方案。

基于电致变色异质结构的自报告超级电容器，凭借其可逆光学响应与实时电荷状态可视化功能，近年来成为智能储能领域的研究热点。然而，当前面临两大关键瓶颈：一是传统超级电容器缺乏本征的电荷状态监测能力，存在“盲操作”问题，难以满足智能可穿戴设备对实时反馈的需求；二是异质结构电极中因晶格失配与电子结构差异导致的界面电阻问题，严重制约了电荷传输效率与循环稳定性。因此，构建具有强界面耦合的自报告电极体系、整合电化学储能与光学反馈功能的多模式协同机制，成为该领域的重要研究方向。

针对上述难题，研究团队研发了ZnCo‑S@CuFe‑LDH电极材料，实现“实时光学反馈—高效电荷传输—机械柔性适配”三重协同作用。该研究利用ZnCo‑S本征的电致变色效应实现电荷状态的原位可视化追踪；通过构筑共价金属-氧-硫（M–O–S），大幅降低界面阻抗并提升氧化还原动力学；结合柔性准固态器件设计，在高能量密度（242.4 Wh·kg⁻¹）与超长循环稳定性（10 000次循环保持率99.8%）的同时，赋予器件优异的机械形变耐受性，为智能储能系统的自报告功能与高性能一体化集成提供了全新范式。

Figure 1 ZnCo‑S@CuFe‑LDH的制备过程

该研究提出的电致变色引导的界面工程策略在实现电荷状态实时可视化追踪与超高电化学性能协同增强的同时，展现出优异的界面结构稳定性、超长循环寿命与机械形变耐受性，为破解传统储能器件中“光学反馈功能”与“高倍率电化学性能”难以兼得的关键瓶颈提供了全新的解决思路。

该研究通过揭示MOF衍生ZnCo‑S材料在电化学循环过程中本征的电致变色行为，首次将硫氧化还原动力学与可逆光学响应建立直接关联，实现了储能过程的原位可视化监测，为“自报告”智能储能系统奠定了机制基础。在此基础上，团队利用电位控制电沉积法构建了ZnCo‑S@CuFe‑LDH异质结构，通过形成原子级共价金属-氧-硫（M–O–S）界面桥，构筑了“电荷超高速通道”，显著降低界面电阻，增强电子耦合与氧化还原协同效应。该电极在保持高比电容（2704 F·g^-1）与超长循环稳定性（10 000次循环保持率99.8%）的同时，所组装的柔性准固态非对称超级电容器实现了242.4 Wh·kg⁻¹的高能量密度，并在0°至180°弯曲形变下保持电化学性能稳定，充分验证了其在柔性可穿戴电子设备中的适用性。