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聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的制备及在锌离子混合电容器中的应用

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锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险.针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇为原料,通过冷冻-解冻和电解液吸收的方法,快速制备了具有蜂巢状的三维网络形貌的凝胶聚合物电解质(GPE).优化的GPE不仅具有良好力学性能(拉伸强度0.24 MPa、断裂伸长率289%),而且表现出较高的离子电导率(58.5 mS/cm).使用GPE、二氧化锰阴极和活性炭阳极组成的ZIHC,其比电容和能量密度分别为31.5 F/g和15.0 Wh/kg,2 A/g充放电循环1.5×104次后比电容保持率约80%,展示出GPE在ZIHC领域中潜在的应用价值.原料环保和方便快捷的制备方法为能量存储和柔性可穿戴电子领域应用的GPE研究提供了新的思路.
Gel Polymer Electrolytes Based on Polyvinyl Alcohol for Zinc-Ion Hybrid Supercapacitors
Zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)are a competitive alternative for the next generation of energy storage devices.They combine the high energy density of batteries and high power density of capacitors.However,the ZIHCs with battery-type cathode and capacitor-type anode mostly use electrolyte solutions,which are prone to leakage and lead to safety risks.To address this issue,this paper presented a strategy for gel polymer electrolytes(GPE)with honeycomb-like three-dimensional network morphology,which was prepared from cellulose,hydroxyethylcellulose and polyvinyl alcohol via freeze-thawing and following electrolyte absorption method.The optimized GPE not only exhibits good mechanical properties(tensile strength of 0.24 MPa,elongation at break of 289%),but also shows a high ionic conductivity(58.5 mS/cm).A ZIHC composed of GPE,manganese dioxide cathode,and activated carbon cathode achieves a specific capacitance of 31.5 F/g and an energy density of 15.0 Wh/kg.Furthermore,it maintains a specific capacitance of~80%even after 1.5×104 charge/discharge cycles at 2 A/g,demonstrating promising potential application of GPE in the field of ZIHC.The usage of environmentally friendly raw materials and facile preparation method also provide a new insight for GPE investigation in applications of energy storage and flexible wearable electronics.

polyvinyl alcoholgel polymer electrolytezinc-ion hybrid supercapacitor

左丹英、王静静、杨赫、许静、张宏伟

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武汉纺织大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430200

武汉纺织大学工业雷管智能装配湖北省工程研究中心,湖北武汉 430073

聚乙烯醇 凝胶聚合物电解质 锌离子混合电容器

2024

高分子材料科学与工程
中国石油化工股份有限公司科技开发部 国家自然科学基金委员会化学科学部 高分子材料工程国家重点实验室 四川大学高分子研究所

高分子材料科学与工程

CSTPCD北大核心
影响因子:0.563
ISSN:1000-7555
年,卷(期):2024.40(2)
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