Preparation of Polyethylene Oxide and Polyvinyl Alcohol Blended Polymer Electrolyte Membrane Using Water as Solvent for Solid‐State Supercapacitors

聚乙烯醇 聚氧化乙烯 电解质 材料科学 溶剂 超级电容器 聚乙烯 聚合物 化学工程 固态 氧化物 高分子化学 有机化学 化学 复合材料 电化学 电极 生物化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Jing Qin,Zhiwei Yan,D. J. Yao,Xiangyang Zhou
出处
期刊:Journal of Applied Polymer Science [Wiley]
卷期号:142 (28) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/app.57165
摘要

ABSTRACT This report presents the feasibility of using water as a solvent to prepare polymer electrolyte membranes (PEMs) and their application in the fabrication of solid‐state supercapacitors (SSSCs). Utilizing water instead of organic solvents in the preparation of polymer electrolytes (PEs) will significantly reduce pollution/emission and production cost. Three types of water‐soluble polymer electrolytes are synthesized: polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), and blended PVA/PEO‐based PEMs using pure water and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) salt. The effects of composition on shrinkage rate, mechanical properties, and electrochemical properties were studied. The blended PEM with 80 wt.% PVA and 20 wt.% PEO exhibited excellent mechanical properties, minimized shrinkage rate of 28.6%, and high ionic conductivity of 4.8 × 10 −3 S cm −1 . ATR‐FTIR and X‐ray Diffraction (XRD) analyses were employed to investigate PEMs with different compositions, revealing the microstructural implication on improved ionic conductivity. SSSCs fabricated with the blended PEM and activated carbon electrodes demonstrated a remarkably low specific equivalent series resistance (ESR) of 1.3 Ω cm 2 . The cyclic voltammetry (CV) measurements revealed an ideal capacitive behavior and a high charge–discharge efficiency of 94.1%. Galvanostatic charge–discharge (GDC) curves between 0 V and 1.5 V confirmed the membrane's exceptional performance as a separator in SSSCs.
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