在智能手表、柔性显示屏等穿戴设备中，传统超级电容器常因电解质僵硬、易泄漏成为“阿喀琉斯之踵”。近期，大连工业大学团队在《化学科学与工程前沿》发表研究，利用造纸废料——木质素制备出全球首款可拉伸导电水凝胶电解质，其抗弯折能力堪比橡皮筋：即使折叠90度一万次，电容仍保持94%，为柔性电子器件装上了“抗造王”心脏。

从废料到宝藏：木质素的逆袭之路

每年全球造纸业产生约7000万吨木质素，其中超90%被焚烧或废弃。这种棕黑色粉末虽富含碳网结构，却因不溶于水、缺乏活性，长期被视为“工业边角料”。研究团队通过“天门冬氨酸改性”技术，给木质素分子装上亲水基团，使其像海绵般吸水膨胀。随后与海藻酸钠双重交联，形成“分子钢筋”般的立体网格结构。最终诞生的水凝胶可拉伸至30倍原始长度（3008%应变），同时具备11.7 mS/cm的离子电导率——相当于在凝胶中建起电流畅通无阻的“高速公路”。

“这就像用废木材造出弹簧，”论文通讯作者高策比喻道，“传统水凝胶拉伸时易断裂，而我们的材料即使扯到3米长也能回弹如初。”对比实验显示，该水凝胶的拉伸强度是普通材料的2.3倍，热稳定性提升20%，在300℃高温下仍能保持80%重量。

给电容穿上“软猬甲”

将这种水凝胶夹在两片活性碳布电极之间，团队组装出柔性超级电容器。测试数据显示：其单位质量电容达39.46 F/g，能量密度最高5.48 Wh/kg，1万次充放电后容量不降反增15%。更惊人的是，在反复弯折、扭曲的极限条件下，器件始终稳定供电——连续点亮LED灯70秒，驱动电子计时器运行3分钟。

“传统液态电解质如同装满水的塑料袋，稍受挤压就会泄漏。”论文共同作者孙润仓解释，“而水凝胶既像固态般安全，又保持液态的高导电性。”这种特性使其尤其适合植入衣物或皮肤接触式设备。实验证明，即便在-20℃低温下，电容性能仍保持96.7%，解决了柔性电子在极端环境中的续航难题。

生物质能源的“绿色革命”

这项技术的更大意义在于“变废为宝”。每吨木质素的改性成本不足千元，而同等性能的商用高分子电解质价格高出数十倍。团队测算，若将全球废弃木质素的10%转化为水凝胶，可满足1亿台智能手表的年用电需求，减少二氧化碳排放约800万吨。

目前，该水凝胶已通过第三方机构的安全性检测，计划与可穿戴设备厂商合作开发原型产品。研究人员展望，未来3D打印技术若能实现纳米级精度调控，这种材料或将成为人造肌肉、柔性机器人的核心驱动元件。正如审稿人所言：“它让生物质能源的高值化利用迈出关键一步。”

来源: 化学工程前沿FCSE