Preparation and application of self-healing polyvinyl alcohol/bacterial cellulose hydrogel electrolyte

聚乙烯醇 超级电容器 细菌纤维素 电解质 复合数 化学工程 聚苯胺 聚合 电容 复合材料 电极 高分子化学 纤维素 化学 聚合物 材料科学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Xueyu Tao,Wenbin Ma,Xiaodong Han,Ke-Hu Zhu,Shi-fang YE,Heng Sha,Guo Lin,Xian‐Yong Wei,Chong Xu,Shen-gang ZHU
出处
期刊:Journal of fuel chemistry & technology [Elsevier BV]
卷期号:50 (3): 304-313 被引量:13
标识
DOI:10.1016/s1872-5813(21)60179-2
摘要

Polyvinyl alcohol (PVA), bacterial cellulose (BC) and sulfuric acid were used as raw materials to prepare PVA/BC composite hydrogel electrolyte (CHEPVA/BC) by physical cross-linking freezing-thawing cycle method. After freeze-thaw cycles, PVA and BC form a large number of intermolecular hydrogen bonds, which endow the composite hydrogel with good self-healing property (SHP) and mechanical properties (MPs). The effect of BC content (BCC) on MPs and ionic conductivity (IC) of CHEPVA/BC were discussed. The results show that the composite hydrogel with BCC of 0.6% has the best SHPs and MPs, with breaking strength and IC as high as 0.41 MPa and 138.9 mS/cm, respectively. After the first healing cycle (FHC), IC and healing rate still reach 84.1 mS/cm and 74%, respectively. Polyaniline electrode was polymerized in-situ on the surface of the self-healing CHEPVA/BC, and a flexible all-in-one supercapacitor was designed and assembled. The results show that when aniline concentration is 0.2 mol/L, the supercapacitor device achieved high specific capacitance (580.8 mF/cm2), excellent energy density (20.17 μW·h/cm2) and power density (50 μW/cm2) at current density of 0.2 mA/cm2, and the capacitance retention rate after the FHC reaches 66%, showing good self-healing performance and great potential to maintain mechanical integrity and electrochemical stability. These findings indicate that the self-healing CHEPVA/BC has great application prospects in flexible wearable energy storage devices.
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