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導電水凝膠的構建與應用
發布時間:2018-10-24 08:33:23發布者:Admin新聞種類:前沿動態

由于同時具備導電性及水凝膠的柔性,導電水凝膠是用于設計與構建超級電容器和電池的理想框架物。導電水凝膠具有水凝膠本征的柔性,從而可以抵御極大的機械形變;同時,由于其三 維網絡結構,可以容納巨量電解液并提供電化學反應所需的極大的表面積。除了在超級電容器及蓄電池領域的應用,由于導電水凝膠本身所具有的優異特性,其應用領域正在逐步拓寬(如圖1 ),包括傳感器系統、人造皮膚、給藥系統以及太陽能電池領域。

圖1

目前,用于構建導電水凝膠的方法一般分為四類(如圖2),包括:

(1)通過將導電填料懸浮于水凝膠基體內從而制得導電水凝膠;

(2)通過將導電聚合物的單體分散于凝膠基體內,而后引發導電聚合物單體聚合形成導電水凝膠;

(3)通過導電聚合物單體獨自交聯構建水凝膠;

(4)石墨烯超分子自組裝構建水凝膠。

圖2

以導電水凝膠在超級電容器方面的應用為例,圖3所示為通過石墨烯超分子自組裝方式構建的電容器件,在恒流充放電試驗中,表現出極佳的質量比電容(186F/g at 1A/g)、面積比電容 (372F/cm2)以及極佳的循環穩定性(8.4% capacitance decay over 10,000 charge/discharge cycles at 10?A/g)。同時,在極端彎折條件下,該電容器件仍然保有其全部電容性能,水 凝膠耐機械形變的特性可見一斑。

圖3

來源:WeiZhang, PanFeng, JianChen, ZhengmingSun, BoxinZhao, Electrically conductive hydrogels for flexible energy storage systems, Progress in Polymer Science, 2018.

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