An Ecofriendly Gel Polymer Electrolyte Based on Natural Lignocellulose with Ultrahigh Electrolyte Uptake and Excellent Ionic Conductivity for Alkaline Supercapacitors

电解质 超级电容器 材料科学 电容 化学工程 离子液体 离子电导率 准固态 电化学 氢氧化钾 活性炭 聚合物 电极 化学 复合材料 有机化学 催化作用 吸附 物理化学 工程类 生物化学 色素敏化染料
作者
Feng Qiu,Yun Huang,Xin Hu,Bolin Li,Xingwei Zhang,Chen Luo,Xing Li,Mingshan Wang,Yuanpeng Wu,Haijun Cao
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:2 (8): 6031-6042 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsaem.9b01150
摘要

In view of the global development and use of environmentally friendly energy materials and devices, exploring natural polymer-based gel polymer electrolyte (GPE) for preparing supercapacitors (SCs) is highly desirable. Here an earth-abundant, renewable, biodegradable natural lignocellulose (LC) membrane with 3D network porous structure is synthesized by a simple solution-casting method. The synthesized LC membrane possesses a good thermal stability of 270 °C, a high porosity of 86.2%, and reasonable mechanical property. LC membrane soaked in potassium hydroxide solution is first used as a GPE (LC-GPE) and exhibits an ultrahigh liquid electrolyte uptake of 948 wt % and an excellent ionic conductivity of 32.6 mS cm –1. The solid-state electric double layer capacitor (EDLC) assembled with the LC-GPE and activated carbon electrodes demonstrates a high specific capacitance of 120 F g–1 at 1 A g–1 with a rate capacity of only 8.4% capacitance loss as the current density increases from 1 to 10 A g–1, and a long cycling life of 10 000 cycles with 92.5% capacitance retention and nearly 100% coulomb efficiency. More importantly, the planar soft EDLC composing of LC-GPE and activated carbon electrodes is easily bent to 180° without breaking and still remains good electrochemical performance. Those results indicate that this kind of LC-GPE not only meets the green/sustainable demand but also retains good electrochemical performance of SCs. Therefore, the prepared LC-GPE is a potential candidate for assembling green and wearable/portable SCs.
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