2016年11月11日 星期五 09:15:33

石墨烯增强导电聚合物水凝胶,制成可拉伸超级电容器

发表时间:2018/4/10

水凝胶是通过化学或物理交联而形成的含有大量水的三维网络结构材料。近年来,导电聚合物水凝胶(CPHs)由于其特殊的三维网络纳米结构和良好的导电性,引起了人们极大的兴趣,并已被应用于传感器、电容器、制动器、人造肌肉等领域。目前,这类材料存在的一个明显问题就是其机械强度较低,远远不能满足实际应用的需要。尤其是将其用于具有一定机械强度的轻型柔性器件,如平面型电极,仍然具有很大的挑战性。

为解决这一问题,一个较好的方案是加入氧化石墨烯来增强导电聚合物水凝胶的机械性能。近日,德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授和四川大学肖丹教授研究团队在Adv. Mater.上发表的文章中,报告了采用氧化石墨烯(GO)和CPHs,通过自组装方法制成的具有大分子相互连接的3D石墨烯/纳米结构导电聚合物水凝胶的方法。


基于自组装方法制备PANI/GO混合水凝胶


PANI/rGO纤维的形态


所制备的3D PANI/ rGO杂化水凝胶,由于PANI / GO杂化水凝胶中GO、PANI和PA之间存在很强的分子间相互作用,包括静电相互作用、氢键效应和π-π堆叠,展现出均匀的互连性和优异的机械性能,从而有效地减少了成形及还原过程中的团聚。基于PANI/rGO纤维和聚乙烯醇(PVA)/H2SO4凝胶电解质的全水凝胶状超级电容器具有出色的柔韧性、可塑性以及优异的电化学性能,且可以实现高达约40%的应变,提供8.80mWh/cm3的体积能量密度(功率密度为30.77mW/cm3),优于之前报道的许多纤维状超级电容器。


PANI、PA和rGO之间的相互作用及纤维的应变-应力曲线


组装的全水凝胶状电池实际应用


这种全凝胶态超级电容器不仅有极大的体积能量密度,还显示出优异的机械灵活性和耐用性,可以制成储能纱线,有望成为为下一代可穿戴和便携式电子设备提供动力的一种新材料。

(来源:材料牛)

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