Stretchable alkaline poly(acrylic acid) electrolyte with high ionic conductivity enhanced by cellulose nanofibrils

电解质 纤维素 离子电导率 丙烯酸 阳极 电导率 化学工程 材料科学 化学 聚合物 高分子化学 复合材料 电极 共聚物 工程类 物理化学
作者
Lei Li,Liu Leo Liu,Yan Qing,Zhen Zhang,Ning Yan,Yiqiang Wu,Cuihua Tian
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:270: 302-309 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2018.03.088
摘要

Abstract Although hydrogel electrolytes have attracted considerable attentions due to high water retention and low leakage, their vulnerability and low conductivity still pose challenges in large-scale applications. In this work, a mechanically strong and highly conductive poly (acrylic acid) (PAA) electrolyte reinforced by cellulose nanofibrils (CNFs) is developed via versatile blending followed by polymerization. As a result of physical entanglement and hydrogen bonding, the mechanical strength of the PAA electrolyte is enhanced from 0.656 to 1.875 MPa at a CNF loading of 3 wt%, and the dimensional swelling is suppressed to half of its original level. The ionic conductivity of the composite electrolyte is improved by 100% due to excellent ion-transfer paths created by the hydroxyl groups exposed on the surfaces of CNFs. Furthermore, the CNF/PAAs exhibit preferable elasticity and flexibility with the maximum elongation at break reaching greater than 600%. These electrolytes are able to maintain the initial ionic conductivity even after being stretched to 100% elongation for 500 circles. After assembling with an air cathode and an aluminum anode, the as-prepared Al−air battery show good discharging performance, demonstrating promises for applications in portable and flexible electronic devices.
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