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浙工大楊晉濤/鄭司雨和阿克倫大學(xué)張冬 CEJ:具有低溫穩(wěn)定性的兩性離子雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)
2022-04-16  來源:高分子科技

  基于水凝膠電解質(zhì)的儲能器件已得到廣泛關(guān)注,其中引入導(dǎo)電填料或離子是制備導(dǎo)電水凝膠的主流途徑。然而,所添加的導(dǎo)電因子往往會由于結(jié)構(gòu)失配造成凝膠機(jī)械性能或電化學(xué)性能的下降;同時,凝膠中的水分子易在低/高溫下結(jié)冰/揮發(fā),對環(huán)境溫度的耐受性較差,極大限制了水凝膠基固體電容器的應(yīng)用場景。


  針對上述所存在的實際問題,近期浙江工業(yè)大學(xué)鄭司雨副研究員,楊晉濤教授課題組美國阿克倫大學(xué)張冬博士通過快速溶劑置換制備了含有離子液體EMIM-BF4的一種雙網(wǎng)絡(luò)兩性離子型離子凝膠電解質(zhì),其中一層網(wǎng)絡(luò)為P(VBIPS-co-AAm)兩性離子化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),另一網(wǎng)絡(luò)為PVA物理網(wǎng)絡(luò)。



1. 雙網(wǎng)絡(luò)兩性離子PVA/PAS-ILs水凝膠的制備及性能表征。


  所得離子凝膠電解質(zhì)(PVA/PAAm-VBIPS)的性能出色,其中兩性離子型聚合物polyVBIPS)提供良好的離子液體保留能力,且為離子提供良好的遷移通道;而PVA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則為凝膠提供了能量耗散途徑,提升了凝膠的機(jī)械性能。所得凝膠的斷裂強(qiáng)度高達(dá)1.9 MPa1,且室溫下電導(dǎo)率高達(dá)7.24 mS/cm2。隨后,以負(fù)載聚苯胺的碳布為電極材料組裝對稱式超級電容器;該兩性離子凝膠電解質(zhì)在0.5 mA/cm2電流密度下具有227.7 mF/cm2的比電容,且在極端溫度如50 -20 下仍分別具有108%94.3%的電容保持甚至-60 低溫下仍有177.6 mF/cm2面積比電容(圖3,4。此外,該凝膠電解質(zhì)器件的生物毒性較低(圖5),有望應(yīng)用于植入式器件。



2雙網(wǎng)絡(luò)兩性離子型凝膠的電化學(xué)性能。


 

3不同溫度下器件的性能。

 


4. 器件的儲能機(jī)制分析及能量密度和功率密度對比。

 


5. PVA/PAS-PBS電解質(zhì)的性能表征。


  相關(guān)工作Polyzwitterionic Double-Network Ionogel Electrolytes for Supercapacitors with Cryogenic-Effective Stability為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal,論文第一作者為浙江工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院碩士生王帥兵,共同第一作者為阿克倫大學(xué)張冬,通訊作者為浙江工業(yè)大學(xué)鄭司雨副研究員、楊晉濤教授。


  文章信息

  S. Wang, D. Zhang*, X. He, J. Yuan, W. Que, Y. Yang, I. Protsak, X. Huang, C. Zhang, T. Lu, P. Pal, S. Liu, S.Y. Zheng*, J. Yang*, Polyzwitterionic double-network ionogel electrolytes for supercapacitors with cryogenic-effective stability, Chem. Eng. J. 438 (2022) 135607.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135607

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