PVA/P(AM-AMPS)/甘油水凝胶电解质用于可拉伸和可恢复超级电容器

粘附性和可拉伸水凝胶电解质已成为制造柔性全固态超级电容器的理想候选者。然而，传统的水凝胶电解质在机械损伤（拉伸和切割）或脱水后不可避免地会劣化甚至失活。作为克服这些限制的替代方案，福州大学等科研人员团队设计了一种动态弹性分子双网络（DN）水凝胶电解质，由聚乙烯醇（PVA）和聚（丙烯酰胺-co-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）组成（ P(AM-AMPS)) 网络。将甘油引入 PVA/P(AM-AMPS) 系统以增强链间物理交联网络。

图 1.a) PMSG 水凝胶电解质的分子网络结构，b) 组装的全固态超级电容器。

这种 DN 水凝胶电解质表现出显着的拉伸性（超过 894%）、强附着力（37.00 kPa 到碳材料）和高离子电导率（3.85 S m-1）。特别是，动态物理交联网络赋予水凝胶电解质卓越的机械耐受性。水凝胶的韧性在 10 次 500% 应变加载-卸载拉伸试验中保持稳定。与CNT电极一起，使用我们开发的DN水凝胶作为电解质制备了高度灵活的全固态超级电容器。这种基于水凝胶的超级电容器表现出高电容（在 0.5 mA cm-2 的电流密度下为 85.25 mF cm-2）。更重要的是，得益于水凝胶电解质独特的网络结构，在电极和电解质之间构建了稳定的键合界面。超级电容器的电化学性能可以在不同的工作条件下保持。器件的电容在拉伸（200% 应变）或弯曲（角度为 0-180°）时是稳定的。此外，基于水凝胶的超级电容器可以在脱水或意外切割后恢复。该研究结果为多功能全固态超级电容器的制备提供了新的思路。团队希望这种水凝胶能够推动可穿戴储能的发展。

亮点

1.合成了混合交联双网络水凝胶电解质。

2.水凝胶电解质表现出较高的机械、粘合和电性能。

3.一种新的涂抹方法被应用于制造全固态超级电容器。

4.超级电容器具有较高的电化学性能和拉伸性。

5.超级电容器可以通过脱水和切割而在失活后恢复。

相关论文以题为Highly flexible and adhesive poly(vinyl alcohol)/poly(acrylic amide-co-2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid)/glycerin hydrogel electrolyte for stretchable and resumable supercapacitor发表在《Chemical Engineering Journal》上。通讯作者是福州大学江献财副教授。

参考文献：

doi.org/10.1016/j.cej.2021.131505