One-pot method for in situ synthesis of triple cross-linked hydrogel electrolytes for flexible supercapacitors with high mechanical and electrochemical properties

超级电容器 电解质 自愈水凝胶 材料科学 电容 电化学 化学工程 离子电导率 聚丙烯酰胺 纳米技术 电极 高分子化学 化学 工程类 物理化学
作者
Mengfei Qu,Da Lei,Hang Zhang,Xiaowei Zhang,Zhihao Shang,Ruiting Wang,Wan Li,Zhengzheng Li,Chuanling Si
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:72: 108644-108644 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.108644
摘要

Hydrogel electrolytes are widely used in quasi-solid-state supercapacitors due to their unique flexibility and safety. However, achieving high stretchability and ionic conductivity simultaneously by a simple and effective method remains a great challenge. Herein, triple cross-linked hydrogel electrolytes are prepared by a feasible and maneuverable one-pot in situ synthesis method. This strategy forms a polyacrylamide-hydroxypropyl chitosan hydrogel electrolyte with excellent mechanical and electrochemical properties through chemical cross-linking, hydrogen bonding cross-linking and electrostatic interactions. The optimal hydrogel electrolyte exhibits high tensile strength (0.494 MPa) and ionic conductivity (65 mS/cm). The assembled supercapacitor possesses a high specific capacitance of 224.67 F/g at 1 mA/cm2. Remarkably, after 10,000 cycles of charge and discharge tests, the supercapacitor retains capacitance at a rate of 84.85 %. Moreover, the prepared supercapacitors still maintain good electrochemical properties under a certain degree of folding and pressure, indicating that polyacrylamide-hydroxypropyl chitosan hydrogels show superior prospects as electrolytes in flexible supercapacitors. This work has certain guiding significance for the simple design and development of one-pot method for in situ synthesis of triple cross-linked hydrogels, and further lays the foundation for the application of hydrogel electrolytes in flexible energy storage devices.
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