高性能聚丙烯酸凝胶电解质的制备及其在柔性超级电容器上的应用

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本文以三烯丙基胺(Tr)作为交联剂对聚丙烯酸(PAA)进行化学交联,制得一种共价键交联的H2SO4-Tr/PAA凝胶电解质。系统研究了交联剂三烯丙基胺含量和溶胀度对凝胶电解质力学性能和电导率的影响,结果表明,当Tr含量3%,溶胀250%时,凝胶电解质的综合性能最佳。该凝胶电解质具有良好的机械性能(拉伸强度>225 kPa,断裂伸长率>375%),高电导率(0.082 Scm-1)和高粘性。进而以石墨烯泡沫负载聚苯胺(GF@PANI)和纯石墨烯泡沫为正负极与最佳H2SO4-Tr/PAA凝胶电解质组装成柔性超级电容器,结果显示,该期间能够在0~1.4V的电位窗口下保持良好的性能,在1 Ag-1的电流密度下,循环充放电5000次后,电容保持率达到91.1%。  针对共价键交联的聚丙烯酸凝胶电解质难以回收的缺点,我们以聚丙烯酸(PAA)为主体,以Fe3+为交联剂,交联聚丙烯酸,得到氢键和离子键共同作用下交联的超分子聚丙烯酸水凝胶电解质(KCl-Fe3+PAA)。该凝胶电解质不仅具有易回收性和自修复性的特点,还拥有良好的电导率(0.09 S cm-1)和力学性能(拉伸强度>400 kPa,断裂伸长率>700%)。我们将该KCl-Fe3+/PAA超分子凝胶电解质与石墨烯泡沫负载聚吡咯电极组装成柔性超级电容器,研究发现,该柔性超级电容器的比电容可达到87.4 F g-1,循环充放5000次后其比电容依然可保持89%。基于该凝胶电解质价格低廉、易回收、自修复和良好生物相容性的特点,该凝胶电解质有望应用于人体移植、生物传感设备等领域。
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