Rapid fabrication of tough sodium alginate/MXene/poly(vinyl alcohol) dual-network hydrogel electrolytes for flexible all-solid-state supercapacitors

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作者
Jingyang Tian,Zhe Sun,Cai Shi,Zhanhua Huang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:248: 125937-125937 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.125937
摘要

With the rapid development of flexible portable devices, polymer-based hydrogel electrolytes have drawn tremendous attention and widespread interest to replace conventional liquid electrolytes. Herein, an eco-friendly, low cost and fast method was adopted to synthesize novel cross-linked dual-network hydrogel electrolytes (PVA/SA/MXene-NaCl) within 5 min due to the formation of borate bonds. The unique dual-network structure of hydrogel enabled hydrogel electrolytes to efficiently dissipate energy under deformation and the formation of borate bonds endowed hydrogel with self-healing ability. Benefited from the introduction of NaCl and MXene, the hydrogels displayed a high ionic conductivity (40.8 mS/cm) and enhanced mechanical strength (650 kPa). Notedly, the flexible supercapacitor with low concentration of NaCl (0.3 mol L−1) delivered a superior areal capacitance of 130.8 mF cm−2 at 1 mA cm−2 and 106.2 mF cm−2 at 3 mA cm−2, and simultaneously offered remarkable capacitance retention under the state of bending, self-healing (five cycles), compression and stretching. Moreover, as-assembled supercapacitor maintained about 88.9 % of its original capacitance and 90.5 % of Coulombic efficiency after 5000 charge-discharge cycles. Our research presented a simple and universally pathway to prepare flexible energy storage devices with excellent mechanical and electrochemical properties.
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