High toughness antifreeze conductive double network zwitterionic gel electrolyte for flexible supercapacitors

电解质 超级电容器 材料科学 离子电导率 化学工程 聚合物 离子键合 电导率 高分子化学 电化学 复合材料 化学 离子 有机化学 电极 工程类 物理化学
作者
Yifan Wang,Xinyu Zhang,Peilong Ji,Guihua Meng,Jianning Wu,Lin Cui,Zhiyong Liu,Yanlong Tai
出处
期刊:Journal of Applied Polymer Science [Wiley]
卷期号:141 (31) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/app.55727
摘要

Abstract Flexible wearable supercapacitors based on hydrogel electrolyte are considered as flexible energy storage device with great potential. However, polymer gel electrolytes contain a large number of water molecules, which can easily freeze at sub‐zero temperatures, thus severely inhibiting ion transport. The ionic conductivity, cyclic stability and mechanical properties of gel electrolytes decrease at low temperatures (below −25°C), which seriously hinders the application of flexible wearable supercapacitors. In order to improve the mechanical properties and ensure the excellent ionic conductivity of the electrolyte, a freezing‐resistant gel electrolyte constructed by supramolecular self‐assembly, which has a wide temperature range from 25 to −80°C, stable ionic conductivity and ultra‐high mechanical strength. Low‐temperature‐resistant gel electrolytes, called flexible supercapacitor‐SBMA‐co‐PVA‐AA/CaCl2 (FSAPC), have been designed and prepared by molecular‐scale supramolecular self‐assembly of rigid [2‐(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl(3‐sulfopropyl) polymer chains and flexible poly(vinyl alcohol) polymer chains, and the test results showed that the gel electrolyte ‐SBMA‐co‐PVA‐AA/CaCl2 (PSAPC) has excellent conductivity of 34.07 mS cm −1 at 25°C, the flexible supercapacitor has a specific capacity of 8.57 Wh kg −1 , and the capacity retention rate is 91.2% even after 5000 cycles at −25°C, excellent conductivity at −25°C for 31.88 mS cm −1 and at −80°C for 35.34 mS cm −1 . The potential applications of the amphiphilic ionic gel electrolyte in the industrial development of low‐temperature resistant supercapacitors are noteworthy.
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