科学家从华东师范大学和上海应用物理研究所合作在一篇新论文探索灵活和可穿戴的超级电容器设备的开发应用程序。他们的研究已经出现在杂志上ACS应用能源材料亚博网站下载。
研究:灵活的高能量密度和碱性水凝胶电解质混合超级电容器。图片来源:mind_photo / Shutterstock.com
背景研究
灵活和可穿戴设备等应用研究医疗监测、运动检测和软机器人近年来有所增加。这些设备发现研究应用在生物医学等众多领域,挖掘和机器人技术。亚博老虎机网登录这些设备的核心是一个可靠、安全、高效的能量储存和供应。
设计材料和设备部件,亚博网站下载可以承受显著变形而留住他们的表现是这一领域的核心电子产品。传统电解质系统不能满足这些要求,灵活和容易受到损伤,无法留住他们的机械应力下的电化学性能。
研究选择,灵活的电解质已经成为重点在材料科学和微电子学领域。亚博网站下载亚博老虎机网登录许多类型的灵活的电解质已经评估了他们的性能和可靠性,包括凝胶电解质、聚合物电解质和复合电解质。
自行车以3.95 wt % PEGMA KOH的压缩曲线(一)和1.32 wt % KOH(B)在50%的压缩应变。图片来源:倪,M et al ., ACS应用能源材料亚博网站下载
离子导电水凝胶显示领域的伟大承诺灵活电解质由于其特殊的机械性能和导电性能。根据他们杰出的性能和耐用性,离子导电水凝胶超级电容器设计近年来满足需求的灵活和可穿戴设备。
然而,当前柔性水凝胶超级电容器是有限的低功率密度和狭窄的工作窗口。此外,在高电流密度,他们遭受不稳定周期生活,进一步阻碍了他们的应用程序灵活的能源存储设备。
最近做了一些努力,克服这些电解质的问题,包括创建两性离子的水凝胶用作超级电容器。同时研究表明提高电化学性能,这些水凝胶仍然遭受低功率密度。
在过去的几年中,Zn-ion混合超级电容器已成为有前途的候选人。这些水凝胶超级电容器有低成本的好处,锌资源丰度和耐燃性。此外,在碱性水溶液电解质最近的研究由于其能力提高超级电容器的稳定性和电流密度。
利用碱性水溶液电解质离子导电水凝胶在混合超级电容器设备设计提供了机会与更高的能量密度和功率密度。到目前为止,这一领域的研究并没有深入探讨。
(一)在不同的扫描率和简历曲线(B)肾小球囊性肾病曲线在不同电流密度的超级电容器PEGMA使用1.32 wt % KOH 2.0 V的电压窗口。(C)能力的超级电容器pegma - 1.32 wt % KOH在不同电流密度(1 - 5 g - 1)级。(D)在不同的扫描率和简历曲线(E)肾小球囊性肾病曲线在不同电流密度的超级电容器PEGMA使用3.95 wt % KOH 2.0 V的电压窗口。(F)能力的超级电容器pegma - 3.95 wt % KOH在不同电流密度(1 - 5 g - 1)级。图片来源:倪,M et al ., ACS应用能源材料亚博网站下载
这项研究
本文提出了一个创新的方法来设计hydrogel-based柔性超级电容器。研究中,一种新型碱性离子导电水凝胶制备和评估,电化学和机械性能详细分析。
丙烯酰胺、MEA和就是被用作水凝胶聚合物链,和准备的材料拥有中性或碱性博士超级电容器是由水凝胶电解质,锌阳极、阴极和活性炭。对超级电容器进行调查的有效性作为一个真实的设备,作者用它来电力电子手表。
万能拉力试验机是用来评估水凝胶的压缩特性的压缩速度下1毫米分钟1。使用L-NMR Polymer-water交互验证。红外光谱、XRD和SEM测试是用于分析准备的水凝胶。循环伏安法和肾小球囊性肾病测试进行电化学测量。
自旋弛豫时间的倒数KOH溶液和碱性凝胶聚合物电解质。图片来源:倪,M et al ., ACS应用能源材料亚博网站下载
结果
准备的水凝胶显示优良的导电性和机械的灵活性好,成为一个有吸引力的候选人高性能柔性和可穿戴设备。作为能源用于观看时,超级电容器提供了三个星期的价值,证明其可靠性作为一个可穿戴的储能设备。水凝胶显示良好的弹性。
准备的超级电容器可以提供高的比电容在一个宽工作电压以及具有高的能量和功率密度。此外,它具有卓越的电化学稳定性。在不同弯曲角度高达180o,该超级电容器保持超过95.43%的能力。
10000个周期后,设备维护近100%保留库仑效率和能力。此外,实际测试的结果证明了稳定的电化学性能和出色的灵活性,进一步证明离子hydrogel-based超级电容器的适用性提出了。
总之
准备水凝胶和超级电容器显示良好的电化学稳定性和抗机械变形。能力保留多个周期后被作者观察,并提出了超级电容器被成功地应用于一个电子表来演示它的实际应用。
根据他们的分析和观察,作者提出了这种灵活的碱性离子electrolyte-based水凝胶超级电容器可以被认为是一个合适的人选在多个下一代能源存储和电源灵活和可穿戴电子设备。
进一步的阅读
倪,M et al .(2022)灵活的高能量密度和碱性水凝胶电解质混合超级电容器ACS应用能源材料亚博网站下载[网络]pubs.acs.org。可以在:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.2c00334
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