Flexible Antifreeze Zn-Ion Hybrid Supercapacitor Based on Gel Electrolyte with Graphene Electrodes

材料科学 电解质 超级电容器 石墨烯 化学工程 乙二醇 电化学 离子电导率 电极 纳米技术 储能 工程类 物理 物理化学 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Jianghe Liu,Zeba Khanam,Sultan Ahmed,Ting Wang,Hengtai Wang,Shenhua Song
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (14): 16454-16468 被引量:206
标识
DOI:10.1021/acsami.1c02242
摘要

Zn-ion energy storage devices employing hydrogel electrolytes are considered as promising candidates for flexible and wearable electronics applications. This is because of their safe nature, low cost, and good mechanical characteristics. However, conventional hydrogel electrolytes face limitation at subzero temperatures. Herein, we report an antifreezing, safe, and nontoxic gel electrolyte based on the poly(vinyl alcohol) (PVA)/Zn/ethylene glycol system. The optimal gel electrolyte membrane exhibits a high ionic conductivity (15.03 mS cm-1 at room temperature) and promising antifreezing performance (9.05 mS cm-1 at -20 °C and 3.53 mS cm-1 at -40 °C). Moreover, the antifreezing gel electrolyte can suppress the growth of Zn dendrites to display a uniform Zn plating/stripping behavior. Also, a flexible antifreezing Zn-ion hybrid supercapacitor fabricated with the optimum antifreezing gel electrolyte membrane exhibits excellent electrochemical properties. The supercapacitor possesses a high specific capacity of 247.7 F g-1 at room temperature under a high working voltage of 2 V. It also displays an outstanding cyclic stability at room temperature. Moreover, the supercapacitor shows an extraordinary electrochemical behavior and cyclic stability over up to 30 000 cycles at -20 °C under a current load of 5 A g-1, demonstrating its outstanding low-temperature electrochemical performance. Besides, the antifreezing supercapacitor device also offers high flexibility under different deformation conditions. Therefore, it is believed that this work provides a simplistic method of realizing the application of flexible antifreezing Zn-ion energy storage devices in a subzero-temperature environment.
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