A printed highly stretchable supercapacitor by a combination of carbon ink and polymer network

材料科学 超级电容器 石墨烯 碳纳米管 导电聚合物 弹性体 聚合物 纳米技术 离子键合 复合材料 导电体 电容 电极 有机化学 离子 化学 物理化学
作者
Chiho Song,Baohong Chen,Jeonguk Hwang,Su-Jin Lee,Zhigang Suo,Heejoon Ahn
出处
期刊:Extreme Mechanics Letters [Elsevier BV]
卷期号:49: 101459-101459 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.eml.2021.101459
摘要

A supercapacitor requires two electronic conductors with large surface areas, separated by an ionic conductor. Here we demonstrate a method to print a highly stretchable supercapacitor. We formulate an ink by mixing graphene flakes and carbon nanotubes with an organic solvent, and use the ink to print two interdigitated electronic conductors on the surface of a dielectric elastomer. We then submerge the printed electronic conductors in an aqueous solution of monomer, photoinitiator, crosslinker, and salt. The organic solvent and water form a binary solvent in which the ions are mobile. Upon UV irradiation, a polymer network forms. In each printed electrode, the graphene flakes and carbon nanotubes form a percolating network, which interpenetrates the polymer network. The electronic and ionic conductors form large interfacial areas. When the supercapacitor is stretched, the graphene flakes and carbon nanotubes slide relative to one another, and the polymer network deforms by entropic elasticity. The polymer network traps individual graphene flakes and carbon nanotubes, so that repeated stretch neither breaks the percolating network nor shorts the two electrodes. The supercapacitor maintains 88% the initial capacitance after 1600 cycles of stretch to five times its initial dimension. The interpenetration of a covalent network of elastic polymer chains and a percolating network of conductive particles is generally applicable for making stretchable ionotronic devices.
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