Ternary systems engineered conductive hydrogel with extraordinary strength, environmental adaptability and excellent electrochemical performances for flexible power supply devices

材料科学 适应性 三元运算 导电体 自愈 纳米技术 电化学 复合材料 电极 计算机科学 物理化学 病理 生物 化学 医学 程序设计语言 替代医学 生态学
作者
Yang Wang,Weikun Jiang,Yang Yu,Chao Wang,Dawei Zhao,Xingxiang Ji,Yu Liu,Guihua Yang,Jiachuan Chen,Yonghao Ni,Gaojin Lyu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:70: 103483-103483 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103483
摘要

The easy failure, poor environmental adaptability and unsatisfactory electrochemical performances of hydrogels hinder their applications as key components of flexible power supply devices (PSDs). Herein, a PAA-based hydrogel with extraordinary strength and environmental adaptability is designed via a ternary system, consisting of the tannin-modified MXene (TA@MXene), ZnCl2-cellulose and malic acid (MA) electrolyte. The TA@MXene and ZnCl2-cellulose promote the crosslinking of hydrogel via forming multi networks, endowing the hydrogel with 1.9 MPa tensile strength and 620% stretchability. Furthermore, the hydrogel has 38.4 mS·cm−1 conductivity, thanks to the effective ion transfer channels in the hydrogel. The MA electrolyte provides a stable pH environment via forming an acid ionization system; also, MA and the high-concentration ZnCl2 solution enhance their electrochemical performance at extreme environments. Three typical PSDs were assembled using the resultant hydrogel as electrolyte/electrode. The as-prepared supercapacitors display a high specific capacity (173.5 mAh·g−1), a superior energy density (208.2 Wh·kg−1) and outstanding capacity retention (92.1% after 5000 cycles); flexible batteries efficiently respond to strain signals, with 0.77 V open-circuit voltage (Voc); the as-assembled TENG has a 110 V Voc (100% stretching deformation). We present a design strategy for the construction of advanced hydrogels based a ternary system that will promote flexible PSDs towards practical use.
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