將石墨烯和多壁碳奈米管制成的電極與抗凍環保型聚乙烯醇（PVA）基凝膠電解質和柔性鋅陽極組合在一起，以組裝鋅離子混合超級電容器（ZHS）

成果簡介

採用水凝膠電解質的鋅離子儲能裝置被認為是柔性和耐磨電子應用的有希望的候選者。這是因為它們的安全性、低成本和良好的機械特性然而，傳統的水凝膠電解質在零下溫度下面臨限制。

本文，哈爾濱工業大學宋清海課題組在《ACS Appl。 Mater。 Interfaces》期刊發表名為“Flexible Antifreeze Zn-Ion Hybrid Supercapacitor Based on Gel Electrolyte with Graphene Electrodes”的論文，研究報告了一種基於聚乙烯醇（PVA）/鋅/乙二醇體系的防凍，安全且無毒的凝膠電解質。最最佳凝膠電解質膜具有高離子電導率（室溫下為15。03 mS cm–1）和良好的防凍效能（20°C時為9。05 mS cm–1，40°C時為3。53 mS cm–1）。而且，防凍凝膠電解質可以抑制Zn樹枝狀晶體的生長，以顯示出均勻的Zn鍍覆/剝離行為。同樣，用最佳的防凍凝膠電解質膜製成的柔性防凍Zn離子混合超級電容器具有優異的電化學效能。

該超級電容器在2v的高工作電壓下，室溫下具有247。7fg-1的高比容量，在室溫下具有優異的迴圈穩定性。此外，超級電容器在電流負載為5 a g–1的情況下，在20°C下的30000次迴圈中表現出非凡的電化學行為和迴圈穩定性，證明了其優異的低溫電化學效能。此外，防凍超級電容器裝置在不同變形條件下也具有很高的靈活性。因此，本研究為實現柔性防凍鋅離子儲能裝置在零下溫度環境中的應用提供了一種簡單的方法。

圖文導讀

圖1。防凍凝膠電解質膜的製備示意圖。

圖2。（a）FTIR光譜，（b）拉應力-應變曲線和（c）凝膠電解質地DSC曲線，以及（d）PVA / Zn電解質，GEZn-2電解質和Zn（Tf）2。

圖3。（a）PVA，（b）PVA / EG，（c）PVA / Zn，（d）GEZn-1，（e）GEZn-2和（f）GEZn-3的掃描電子顯微鏡影象。

圖4。（a）在不同溫度下GEZn-1和GEZn-2電解質的離子電導率，（b）在室溫下GEZn-2電解質地DC極化曲線（插圖顯示了Zn / GEZn-的交流阻抗曲線）2/ Zn對稱電池極化前後），（c）GEZn-1和GEZn-2凝膠電解質在室溫下的LSV曲線，（d）Zn /凝膠電解質/ Zn對稱電池在室溫下的CV曲線掃描速率為10 mV s –1時，範圍為-1至1V 。

圖5。（a）ZEDLC和（b）在各種電流密度下的ZHS超級電容器的GCD曲線，（c）ZEDLC和ZHS超級電容器的Ragone圖，（d）在5 A g的電流密度下ZEDLC和ZHS超級電容器的迴圈效能–1和2 V時（插圖顯示最近10個週期的GCD曲線）。測量在室溫下進行。

圖6。 ZHS在室溫和-20°C下的電化學效能

圖7。（a）防凍柔性ZHS超級電容器的示意圖；（b）在各種變形條件下柔性ZHS的電容保持率（插圖：相應的GCD曲線）；（c）在以180°的彎曲角度彎曲不同的時間後，柔性ZHS的容量保持率（插圖：相應的GCD曲線）；（d–g）在不同破壞條件（彎曲，扭曲，摺疊和凍結）下展示的ZHS超級電容器柔性手錶的演示。

小結

使用石墨烯陰極，防凍凝膠電解質膜和柔性Zn @ CC陽極，製造了具有優異電化學效能的柔性防凍Zn離子混合超級電容器（ZHS）。相信本研究可以為構建柔性防凍儲能裝置提供一種簡便的策略，這將有助於開發在零以下溫度下工作的柔性電子裝置。

文獻：

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