Adv. Energy Mater.：具有高性能和可透气性的聚吡咯涂覆的无尘纸用于柔性全固态超级电容器

【背景介绍】

柔性便携式电子设备在诸如军事设备，医疗和生物监测设备等各个领域都具有前所未有的应用。具有柔性，拉伸性，重量轻，耐用等特点的高效储能单元已经吸引了越来越多人的注意。但由于较低的功率密度，诸如电池的常规储能装置受到限制，并且由于较低的能量密度，传统的电容器也受到限制。

【成果简介】

近日，来自同济大学的蔡克峰教授（通讯作者）等人使用无尘纸作为基底通过低温界面聚合法制备了具有高性能，可透气，高导电和柔性的聚吡咯（PPy）涂布纸电极。由于具有PPy优异的导电性，高润湿性和无尘纸多孔结构的协同效应，所制备的电极不仅显示出优异的比电容和倍率性能（对于PPy涂布纸电极，在1和20mA cm^-2处为3100和2579mF cm^-2），还具有优异的柔性，拉伸性和透气性。基于这些优越特性，用PPy涂布纸电极组装的全固态超级电容器展现出62.4μWh cm^-2的显著能量密度，良好的透气性和柔性。相关成果以题为“High-Performance and Breathable Polypyrrole Coated Air-Laid Paper for Flexible All-Solid-State Supercapacitors”发表在了Adv. Energy Mater.上。第一作者为硕士研究生陈元勋 。

【图文导读】

图1 FT-IR光谱及PPy涂层纸折成各种形状

a）无尘纸和150-PPy样品的FT-IR光谱

b-f）分别将PPy涂层纸折叠成衬衫，房子，裤子和飞机

g-i）分别将PPy涂层纸卷曲，折叠和扭结

图2 SEM图像

a）0-，b）50-，c）100-，d-f）150-PPy，g-i）200-PPy在不同放大倍率下的SEM图像

图3 CV曲线及不同电流密度下的比容量

a）5 mV s^-1速率下的CV曲线

b）50，100，150和200-PPy在1mA cm^-2下的GCD曲线

c）不同纸电极在不同电流密度下的比容量

d）在100kHz至0.01Hz频率范围内测量的不同纸电极的阻抗图

e）在5mA cm^-2下150-PPy纸电极的循环性能

图4 CV曲线分析

a）弯曲后不同循环时150-PPy纸电极的CV曲线和数码照片

b）150-PPy纸电极在不同弯曲角度下的CV曲线和数码照片

c）有或无拉伸时150-PPy纸电极的CV曲线

d）在制成150-PPy纸电极之前和之后的CV曲线和照片

e）超声波处理之前和之后150-PPy纸电极的CV曲线

图5 透气性测试

a）吹气之前和之后150-PPy纸电极的CV曲线和照片

b）0-和150-PPy样品空气压力为100Pa时在不同位置的透气性

图6 CV曲线和GCD曲线

150-PPy纸电极对称含水超级电容器的a）CV曲线，b）GCD曲线

图7 不同扫描速率的CV曲线和不同电流密度的GCD曲线

对于a，b）50-，c，d）100-，e，f）150-和g，h）200-PPy-SC，分别以不同扫描速率的CV曲线和不同电流密度的GCD曲线

图8 能量和功率密度

a）在5 mV s^-1速率下的CV曲线

b）在1 mA cm^-2下50，100，150和200-PPy-SC的GCD曲线

c）不同纸电极的在不同电流密度下的比容图

d）150-PPy-SC的能量和功率密度

图9 弯曲和吹气后的CV曲线

a）150-PPy-SC在不同弯曲角度下的CV曲线

b）吹制和弯曲之后的150-PPy-SC的CV曲线

图10 150-PPy-SC的透气性

150-PPy-SC空气压力为100Pa时在不同位置的透气性

图11 串联的四个超级电容器的示意图

a）串联连接的四个超级电容器的示意图，以提高工作电压

b）设备的组装过程

c）四个150-PPy-SC串联的封装装置

d）四个150-PPy-SC的数码照片，串联连接用来点亮红色LED

【总结】

该研究使用无尘纸作为柔性基底通过化学低温界面聚合方法制备了高性能和透气性的PPy涂布纸电极。总的来说，这项工作提供了透气和可穿戴式储能装置的有效实现方法。

文献链接：High-Performance and Breathable Polypyrrole Coated Air-Laid Paper for Flexible All-Solid-State Supercapacitors（Adv. Energy Mater.,2017,DOI: 10.1002/aenm.201701247）

蔡克峰团队介绍：

本课题组主要从事热电材料的研究，近十年的研究重点为有机/无机纳米复合热电材料，承担了多个国家自然科学基金项目的研究，参与了973热电项目及国家自然基金重点项目（高性能热电器件设计集成与服役性能研究）的研究。 发表SCI论文100余篇，得到国内外同行的广泛关注。获中国发明专利十余项。

最近，又将研究方向拓展至有机-无机纳米复合超级电容器电极材料的研究，并取得了良好的开端：发表一篇综述：Research progress on conducting polymer based supercapacitor electrode materials （Meng Q, Cai K, Chen Y, et al. Research progress on conducting polymer based supercapacitor electrode materials[J]. Nano Energy, 2017）；论文2篇：1）In Situ Growth of Polypyrrole onto Three-Dimensional Tubular MoS2 as an Advanced Negative Electrode Material for Supercapacitor （Electrochimica Acta, 2017, 246: 615-624. 2）High-Performance and Breathable Polypyrrole Coated Air-Laid Paper for Flexible All-Solid-State Supercapacitors （Adv. Energy Mater.,2017,DOI: 10.1002/aenm.201701247）；正在受理的国家发明专利3项。

相关文章推荐：

In Situ Growth of Polypyrrole onto Three-Dimensional Tubular MoS2 as an Advanced Negative Electrode Material for Supercapacitor （Electrochimica Acta, 2017, 246: 615-624.）

Research progress on conducting polymer based supercapacitor electrode materials （Meng Q, Cai K, Chen Y, et al. Research progress on conducting polymer based supercapacitor electrode materials[J]. Nano Energy, 2017）

本文由材料人欧洲杯线上买球 前线Allen供稿，欧洲足球赛事 整理编辑。

欧洲足球赛事 网专注于跟踪材料领域滚球体育 及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域滚球体育 进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入编辑部大家庭。

欢迎大家到材料人宣传滚球体育 成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及内容合作可加编辑微信：xiaofire-18，吴玫，我们会拉各位老师加入专家群。

仪器设备、试剂耗材、材料测试、数据分析，找材料人、上测试谷！