一口氣5篇《AM》!這個課題組瞭解一下

超級電容器作為一類重要的儲能裝置,已被廣泛應用於可擕式電子產品、電動汽車和發電廠等領域。然而,傳統的超級電容器使用液體電解質存在著體積龐大,難以密封等問題。近年來,研究人員利用凝膠電解質可以很容易地製備出具有重量輕、形狀簡單等優點全固態超級電容器。為此,各種聚合物資料已被用於改善器件的柔韌性和拉伸性。

超級電容器作為一類重要的儲能裝置,已被廣泛應用於可擕式電子產品、電動汽車和發電廠等領域。與金屬離子電池相比,超級電容器具有功率密度高、充放電速度快、安全等優點。然而,傳統的超級電容器使用液體電解質存在著體積龐大,難以密封等問題。近年來,研究人員利用凝膠電解質可以很容易地製備出具有重量輕、形狀簡單等優點全固態超級電容器。為了使全固態超級電容器具有更廣泛的應用(例如可穿戴和可植入的電子產品,這些電子產品主要包括人造皮膚、變形感測器、生物醫學機器人和人機界面等),就需要製備具有高能量密度、快速充電速度、可拉伸以及具有良好柔性的超級電容器。為此,各種聚合物資料已被用於改善器件的柔韌性和拉伸性。然而,這些可溶性較差的導電聚合物直接聚合會形成堆積球形聚集體使得電極可能面臨脆化(應變<10%),接觸不良等問題。

鑒於此,來自於美國加州大學洛杉磯分校材料科學與工程系的賀曦敏教授提出一種通過將表面的堅韌水凝膠層作為增强粘合劑與原本脆弱的微開孔導電聚合物電極複合的簡單策略,製備出具有超高品質負載的堅固、低彎曲度電極。並將該電極命名為堅韌的凝膠增强開孔泡沫(TROF)電極。該研究以題為“Tough-Hydrogel Reinforced Low-Tortuosity Conductive Networks for Stretchable and High-Performance Supercapacitors”的論文發表在最新一期《AdvancedMaterials》上。

文章亮點:(1)作者選取具有優异機械效能、易於物理交聯和成分簡單的聚乙烯醇(PVA)來構建堅韌的水凝膠層。僅僅添加了微量的水凝膠(0.1 mL cm–2)就顯著增强了電極的柔性、可拉伸性和韌性,同時也保持了開放的多孔結構,實現了離子和電子的快速擴散。(2)當組裝成全固態超級電容器時,該器件顯示出非常高的面積比電容(5.25 F cm2)、功率密度(41.28 mW cm–2)、拉伸性(140%應變拉伸)、韌性(1000 J m–2)和迴圈穩定性(3500次迴圈後仍具有95.8%的電容保持率)。(3)TROF電極既可用作承載層以在變形期間保持結構完整性,又可用作可滲透粘合劑以允許導電電極和電解質之間得相互作用。通過表徵和電化學測試結果表明,TROF電極得構建有利於電穩定性和機械穩定性。囙此,該策略可有望推廣到各種導電資料中去。

圖1 TROF電極的製備流程圖與表徵

圖2 TROF電極在不同拉伸條件下的電化學性能測試

據悉這是賀曦敏教授今年第5篇AM。

作者簡介:

賀曦敏是加州大學洛杉磯分校材料科學與工程系的助理教授和加州納米體系研究所(CNSI)的成員。她在劍橋大學獲得博士學位並在哈佛大學進行博士後研究。她的主要研包括刺激響應性資料,仿生功能資料,化學和生物感測器,驅動器等,並將其應用於生物醫藥、環境、機器人和能源領域。她已經在Nature,Nature Chemistry,Science Robotics,Nature Nanotechnology等雜誌發表了60餘篇高水准論文、書籍和專利。她獲得的榮譽包括美國CIFAR AzrieliGlobal Scholar,International Society of Bionic Engineering(ISBE)OutstandingYouth Award,National Science Foundation CAREER Award,Air Force Office ofScientific Research Young Investigator Program(AFOSR YIP)Award,HellmanFellows Award,以及UCLA Faculty Career Development Award.她的主要研包括生物啟發的功能資料,特別是刺激響應性水凝膠和智能材料用於化學和生物傳感、軟體機器人和能源領域。她關於自調製資料和化學-機械分子分離的研究獲得了一系列地區和國際的獎勵,並且受到了百餘家新聞媒體報導。

文章連結:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100983

原文刊載於【高分子科學前沿】公眾號

本文版權歸原作者所有,文章內容不代表平臺觀點或立場。如有關於文章內容、版權或其他問題請與我方聯系,我方將在核實情况後對相關內容做删除或保留處理!

資料標籤: 超級電容器 科普 拉伸
本文標題: 一口氣5篇《AM》!這個課題組瞭解一下
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656061124147953
相关資料
AM丨李爽,程沖,楊偉教授,金屬有機框架資料讓金屬-硫電池“更高、更快、更强”
近年來,金屬-硫電池引起了廣泛的關注,並因其壓倒性的理論能量密度,高比容量和具有成本效益的硫正極而被認為是潜在的下一代儲能系統。在這種情況下,金屬有機框架資料得益於高比表面積、規則的框架結構、分子/原子水准的反應位點,已逐漸成為金屬-硫電池
標籤: 電池 李爽
物理所丨單層FeSe薄膜中存在高達83K超導配對溫度的譜學證據
單層FeSe/SrTiO3薄膜由於展現了潜在的高超導臨界溫度和獨特的電子結構而受到廣泛的關注和研究,但是對其超導臨界溫度的確定還存在著爭論。這些結果表明,在單層FeSe/STO薄膜中存在高達83K的超導配對溫度。
標籤: 超導體 科學 科普 科技新聞
《Nature,Energy》發表廣州大學葉思宇教授最新綜述論文
質子交換膜燃料電池是氫能高效利用,實現碳中和、碳達峰目標的重要科技之一。然而,絕大多數超高催化效能是基於三電極體系評估得到的,即旋轉圓盤電極RDE。一方面,這些RDE測試中得到的超高效能並不完全能够在燃料電池膜電極MEA中得以體現,尤其是在
標籤: 燃料電池 綜述論文
武漢植物園在水文變化與氮磷添加對三峽水庫消落區溫室氣體排放研究中取得新進展
而且,農業氮磷肥的使用量逐年上升,其利用率較低,大量氮磷肥流失隨地表徑流進入消落區和水體,進而對消落區生物地球化學迴圈產生較大影響。消落區溫室氣體排放是全球變化生態學研究的熱點之一,但現時有關消落區水文變化和氮磷輸入新增對土壤溫室氣體排放的
標籤: 三峽水庫 科學 科普