Stable Flexible Electronic Devices under Harsh Conditions Enabled by Double-Network Hydrogels Containing Binary Cations

材料科学 自愈水凝胶 电解质 离子键合 纳米技术 离子电导率 超级电容器 化学工程 离子 电化学 高分子化学 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Huihui Zheng,Hongwei Zhou,Bohui Zheng,Chuanjuan Wei,Aijie Ma,Xilang Jin,Weixing Chen,Hanbin Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 7768-7779 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17057
摘要

Hydrogels are increasingly used in flexible electronic devices, but the mechanical and electrochemical stabilities of hydrogel devices are often limited under specific harsh conditions. Herein, chemically/physically cross-linked double-network (DN) hydrogels containing binary cations Zn2+ and Li+ are constructed in order to address the above challenges. Double networks of chemically cross-linked polyacrylamide (PAM) and physically cross-linked κ-Carrageenan (κ-CG) are designed to account for the mechanical robustness while binary cations endow the hydrogels with excellent ionic conductivity and outstanding environmental adaptability. Excellent mechanical robustness and ionic conductivity (25 °C, 2.26 S·m–1; −25 °C, 1.54 S·m–1) have been achieved. Utilizing the DN hydrogels containing binary cations as signal-converting materials, we fabricated flexible mechanosensors. High gauge factors (resistive strain sensors, 2.4; capacitive pressure sensors, 0.82 kPa–1) and highly stable sensing ability have been achieved. Interestingly, zinc-ion hybrid supercapacitors containing the DN hydrogels containing binary cations as electrolytes have achieved an initial capacity of 52.5 mAh·g–1 at a current density of 3 A·g–1 and a capacity retention rate of 82.9% after 19,000 cycles. Proper working of the zinc-ion hybrid supercapacitors at subzero conditions and stable charge–discharge for more than 19,000 cycles at −25 °C have been demonstrated. Overall, DN hydrogels containing binary cations have provided promising materials for high-performance flexible electronic devices under harsh conditions.
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