Highly Efficient Polyaniline Trapping and Covalent Grafting within a Three-Dimensional Porous Graphene Oxide/Helical Carbon Nanotube Skeleton for High-Performance Flexible Supercapacitors

材料科学 超级电容器 石墨烯 聚苯胺 碳纳米管 电容 纳米技术 氧化物 气凝胶 电极 化学工程 复合材料 聚合物 化学 物理化学 工程类 聚合 冶金
作者
Congxu Xuan,Xinyu Li,Zhun Wang,Hao Wu,Tao Tang,Jianfeng Wen,Ming Li,Jiang Xiao
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (1): 523-534 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsaem.0c02429
摘要

Optimizing the electrode structure to achieve efficient material utilization is crucial for high-capacity wearable energy storage devices. Here, a strategy of embedding and covalently grafting polyaniline (PANI) into a three-dimensional porous reduced graphene oxide (RGO)/helical carbon nanotube (HCNT) skeleton was designed to prepare self-supporting flexible supercapacitors (SCs) via an ingenious hydrothermal method, followed by regulation by carbonization. The resulting hybrid aerogel possesses a uniform porous mesh space configuration with excellent flexibility, provides fast ion/electron transmission channels, and maximizes the utilization of pseudocapacitive PANI. Considering the unique spatial configuration of PANI trapped into the porous network, the electrode possesses a remarkable gravimetric capacitance (696.75 F g–1) at 2 A g–1 and an excellent cycling retention (93.57%) after 3500 cycles. Furthermore, the assembled flexible symmetric SC based on carbonized RGO/HCNTs/PANI (CRCP) shows considerable electrochemical performance with a high specific capacitance of 140.1 F g–1 (84.1 F cm–3) at 1 A g–1 (0.6 A cm–3) and a superior energy density of 12.46 W h kg–1 at a power density of 400.36 W kg–1. Moreover, this SC maintains good performance stability at large bending angles. The particular PANI parasitic carbon skeleton-laminated grid design of the CRCP electrode with outstanding capacitance behavior and robust flexibility provides a feasible and efficient preparation technology for fabricating flexible energy storage devices.

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