Hydrogen Bond Interpenetrated Agarose/PVA Network: A Highly Ionic Conductive and Flame-Retardant Gel Polymer Electrolyte

材料科学 琼脂糖 化学工程 乙烯醇 结晶度 氢键 电解质 聚合物 离子键合 复合材料 高分子化学 有机化学 物理化学 色谱法 化学 分子 电极 离子 工程类
作者
Tingting Yan,Yihui Zou,Xiaohui Zhang,Daohao Li,Xiangxin Guo,Dongjiang Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (8): 9856-9864 被引量:86
标识
DOI:10.1021/acsami.0c20702
摘要

The gel polymer electrolyte (GPE) is the key to assembling high-performance solid-state supercapacitors (SSCs). The commercial poly(vinyl alcohol) (PVA) GPE has developed a reputation due to low ionic conductivity endowed by its high crystallinity and poor water retention capacity. In this work, density functional theory (DFT) calculations first revealed that the high crystallinity of PVA can be greatly disrupted by forming hydrogen bonds with natural agarose macromolecules. The hydrogen bond interpenetrated three-dimensional agarose/PVA network offers high water retention and large amounts of channels for movement of Li+ on hydroxyl oxygen atoms. So, an optimized formation of the Li-O coordinate bond (gLi-O(r) = 8.78) and improved diffusion coefficient of Li+ (DLi+) (71 × 10-6 cm2 s-1) were obtained in the agarose/PVA model. When assembled into SSCs, agarose/PVA-GPE with 2 M LiOAc (AP-GPE) exhibits an outstanding specific capacitance (697.22 mF cm-2 at 5 mA cm-2). The high water retention of agarose and large amounts of -OH groups in the agarose macromolecular can generate H2O by dehydration reaction, reducing the flammability of PVA and greatly enhancing the safety of SSCs.
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