Flexible and Self-Healing Aqueous Supercapacitors for Low Temperature Applications: Polyampholyte Gel Electrolytes with Biochar Electrodes

超级电容器 材料科学 石墨烯 电解质 化学工程 功率密度 电容 电极 氧化物 纳米技术 化学 功率(物理) 物理 物理化学 量子力学 工程类 冶金
作者
Xinda Li,Li Liu,Xian-Zong Wang,Yong Sik Ok,Janet A.W. Elliott,Scott X. Chang,Hyun‐Joong Chung
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:7 (1) 被引量:102
标识
DOI:10.1038/s41598-017-01873-3
摘要

A flexible and self-healing supercapacitor with high energy density in low temperature operation was fabricated using a combination of biochar-based composite electrodes and a polyampholyte hydrogel electrolyte. Polyampholytes, a novel class of tough hydrogel, provide self-healing ability and mechanical flexibility, as well as low temperature operation for the aqueous electrolyte. Biochar is a carbon material produced from the low-temperature pyrolysis of biological wastes; the incorporation of reduced graphene oxide conferred mechanical integrity and electrical conductivity and hence the electrodes are called biochar-reduced-graphene-oxide (BC-RGO) electrodes. The fabricated supercapacitor showed high energy density of 30 Wh/kg with ~90% capacitance retention after 5000 charge-discharge cycles at room temperature at a power density of 50 W/kg. At -30 °C, the supercapacitor exhibited an energy density of 10.5 Wh/kg at a power density of 500 W/kg. The mechanism of the low-temperature performance excellence is likely to be associated with the concept of non-freezable water near the hydrophilic polymer chains, which can motivate future researches on the phase behaviour of water near polyampholyte chains. We conclude that the combination of the BC-RGO electrode and the polyampholyte hydrogel electrolyte is promising for supercapacitors for flexible electronics and for low temperature environments.
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