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www.766.net化学与化工学院金玲博士在国际权威期刊发表纳米水凝胶电解质的最新研究成果

发布时间:2024-07-01   文章来源:化工学院   浏览:

近日,www.766.net化学与化工学院金玲博士在《Macromolecules》发表了相变诱导纳米水凝胶电解质的最新研究成果。《Macromolecules》由美国化学会(American Chemical Society, ACS)主办,是国际高分子专业领域的顶尖学术期刊和高分子学科唯一入选自然指数(Nature Index)期刊。www.766.net为论文第一完成单位,化学与化工学院硕士研究生闫如冉为第一编辑,金玲博士、张奎教授和高宏教授为共同通讯编辑。

柔性超级电容器因其快速的充放电、长循环寿命、高功率密度和安全性等优势被广泛关注。由于柔性可穿戴储能设备的工作环境比较复杂,传统的超级电容器无法适用于柔性可穿戴储能设备。水凝胶电解质凭借其自身良好柔韧性、高离子电导率、网络多孔结构、不易泄露安全性好等优点被认为是柔性储能设备电解质的理想候选者。然而水凝胶较差的机械性能、较弱抗冻性能和粘附性能不足等缺点限制了其应用。

(纳米水凝胶电解质的相变过程和在一体化超级电容器中的应用)


(纳米水凝胶电解质的力学性能和流变性能)


(纳米凝胶电解质应用于一体化超级电容器)

本研究将短链羧甲基纤维素钠(CMC-Na)引入化学交联的聚丙烯酰胺(PAM)单网络体系中制备了半互穿 (Semi-IPN)水凝胶。采用简单诱导方法用HCl/EG溶液诱导Semi-IPN中的CMC-Na原位生成羧甲基纤维素(CMC) 纳米晶体来增强强度。结果显示,纳米水凝胶电解质的韧性提高了60倍,而断裂伸长率提高了3倍。纳米水凝胶还具有较好的粘附性能,可以更好的与电极结合,CMC-Na与HCl反应产生的NaCl可作为电解质。利用溶剂、盐等多种协同作用,使纳米电解质的冰点降低至-80℃,即使在低温环境也具有柔韧性,应用于柔性一体化超级电容器。该超级电容器无论是在多种形变还是低温环境都具有优异的电化学性能。超级电容器经历过15000次循环后,电容仍能保持97%,即使在-50 ℃环境下也可以点亮2.5 V的LED灯。此项研究为纳米水凝胶电解质作为可穿戴超级电器容器提供了一种崭新的思路,拓宽了基于一体化超级电容器的可穿戴设备在极端环境中的应用。

论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c01080

(撰稿:金玲 审核:韩新亚 张苒 黄敏)

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