Stretchable, self-healable and highly conductive natural-rubber hydrogel electrolytes for supercapacitors: Advanced wearable technology

材料科学 电解质 超级电容器 化学工程 自愈水凝胶 离子电导率 电导率 电容 天然橡胶 丙烯酸 复合材料 电极 纳米技术 共聚物 高分子化学 聚合物 化学 物理化学 工程类
作者
Fathiah Kamarulazam,Shahid Bashir,M. Pershaanaa,Zhi Ling Goh,G. D. Surender,Prince Nishchal Narayanaswamy Elumalai,N.K. Farhana,S. Ramesh,K. Ramesh
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:71: 108182-108182 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.108182
摘要

Promising advancements in energy technologies lie in the development of highly flexible hydrogel electrolytes, which offer biodegradability, cost-effectiveness, and safety. However, striking a balance between stretchability, remarkable ionic conductivity, and self-healing ability remains challenging. In this research, we present a novel approach involving the utilization of epoxidized natural rubber (ENR)/acrylamide (AAm)/acrylic acid (AA) copolymer hydrogel electrolytes formed through a free radical mechanism. To further enhance the conductivity, hydrogel electrolytes were immersed in 1 M sodium sulfate (Na2SO4) salt solutions for varying periods. By capitalizing on the hydrogen bonding and electrostatic interactions within the hydrogels and the hydrogel-salt interaction, the resulting hydrogel exhibited an impressive ionic conductivity of 19.4 × 10−2 S/cm, a stretchability of 550 % from its initial length, and demonstrated self-healing capabilities. Additionally, employing symmetrical porous carbon electrodes, the hydrogel-based electric double layer capacitor (EDLC) achieved an outstanding specific capacitance of 55.65 F/g, enduring stable cycling over 3500 cycles without significant discharge. Notably, the mechanical strength of the hydrogel is significantly improved after the self-healing process. Importantly, this study highlights the significant role of immersion time in improving the ionic conductivity and functionality of hydrogel electrolytes.
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