Oxidative MnO2 Template Assisted Electrochemical Fabrication of Graphene/Polypyrrole Supercapacitor Electrodes

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作者
Shuyan Ye,Aizhen Xu,Weifeng Cao,Zhiyi Zhao,Shaoqing Zhang,Yujun Qin
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (22): 11460-11469 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c00316
摘要

Improving the morphological structure of active materials is a reliable strategy for the fabrication of high-performance supercapacitor electrodes. In this study, we introduce a feasible approach to constructing the graphene/polypyrrole (PPy) composite film implanted onto the current collector through a two-step electrochemical deposition method utilizing MnO2 as an intermediary template. The reduced graphene oxide (rGO) hydrogel film is first hydrothermally grown on a carbon cloth (CC) substrate to obtain a porous rGO@CC electrode on which MnO2 is electrodeposited. Then the as-prepared rGO/MnO2@CC electrode is subjected to the electrochemical polymerization of pyrrole, with MnO2 acting as an oxidizing template to facilitate the oxidative polymerization of pyrrole, ultimately yielding an rGO/PPy composite film on CC. The PPy synthesized via this methodology exhibits a distinctive interconnected structure, resulting in superior electrochemical performance compared with the electrode with PPy directly electrodeposited on rGO@CC. The optimized electrode achieves an impressive specific capacitance of 583.6 F g-1 at 1 A g-1 and retains 83% of its capacitance at 20 A g-1, with a capacitance loss of only 9.5% after 5000 charge-discharge cycles. The corresponding all-solid-state supercapacitor could provide a high energy density of 22.5 Wh kg-1 and a power density of 4.6 kW kg-1, with a capacitance retention of 82.7% after 5000 charge-discharge cycles. Furthermore, the device also demonstrates good flexibility performance upon bending at 90 and 180°. This work presents an innovative method for the preparation of carbon material/conducting polymer electrodes with specific structural characteristics and superior performance.

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