“Water-in-Deep Eutectic Solvent” Gel Electrolytes Synergistically Controlled by Solvation Regulation and Gelation Strategies for Flexible Electronic Devices

电解质 材料科学 溶剂化 离子电导率 电化学窗口 电化学 化学工程 电池(电) 电导率 电容 纳米技术 电极 溶剂 有机化学 化学 物理化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Yiran Chu,Qi Hua Fan,Chunxiao Chai,Wenna Wu,Lin Ma,Kang Li,Jingcheng Hao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 12088-12098 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.2c19928
摘要

Recent developments in flexible electronics have heightened the need for electrolytes with high safety, ionic conductivity, and electrochemical stability. However, neither conventional organic electrolytes nor aqueous electrolytes can meet the above requirements simultaneously. Herein, a novel "water-in-deep eutectic solvent" gel (WIDG) electrolyte synergistically controlled by the solvation regulation and gelation strategies is reported. The water molecules introduced into deep eutectic solvent (DES) participate in the solvation structure regulation of Li+, thus endowing the WIDG electrolyte with high safety, thermal stability, and outstanding electrochemical performance, including high ionic conductivity (∼1.23 mS cm-1) and a wide electrochemical window (∼5.4 V). Besides, the polymer in the gel interacts with DES and H2O, further optimizing the electrolyte with excellent mechanical strength and higher operating voltage. Benefiting from these advantages, the lithium-ion capacitor constructed by WIDG electrolyte presents a high areal capacitance of 246 mF cm-2 with an energy density of 87.3 μWh cm-2. The use of the gel enhances the electrode structure stability, resulting in desirable cycling stability (>90% capacity retention after 1400 cycles). Moreover, the WIDG-assembled sensor exhibits high sensitivity and rapid real-time detection of motion. This work will provide guidelines for designing high-safety and high-operating-voltage electrolytes for flexible electronics.
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