In Situ Polymerization of Hydrogel Electrolyte on Electrodes Enabling the Flexible All‐Hydrogel Supercapacitors with Low‐Temperature Adaptability

超级电容器 电解质 自愈水凝胶 材料科学 原位聚合 储能 聚合 电极 电容 化学工程 纳米技术 高分子化学 复合材料 聚合物 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Yijing Zhang,Yue Sun,Jingya Nan,Fusheng Yang,Zihao Wang,Yuxi Li,Chuchu Wang,Fuxiang Chu,Yupeng Liu,Chunpeng Wang,Chunpeng Wang,Chunpeng Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (22): e2309900-e2309900 被引量:30
标识
DOI:10.1002/smll.202309900
摘要

All-hydrogel supercapacitors are emerging as promising power sources for next-generation wearable electronics due to their intrinsic mechanical flexibility, eco-friendliness, and enhanced safety. However, the insufficient interfacial adhesion between the electrode and electrolyte and the frozen hydrogel matrices at subzero temperatures largely limit the practical applications of all-hydrogel supercapacitors. Here, an all-hydrogel supercapacitor is reported with robust interfacial contact and anti-freezing property, fabricated by in situ polymerizing hydrogel electrolyte onto hydrogel electrodes. The robust interfacial adhesion is developed by the synergistic effect of a tough hydrogel matrix and topological entanglements. Meanwhile, the incorporation of zinc chloride (ZnCl2) in the hydrogel electrolyte prevents the freezing of water solvents and endows the all-hydrogel supercapacitor with mechanical flexibility and fatigue resistance across a wide temperature range of 20 °C to -60 °C. Such all-hydrogel supercapacitor demonstrates satisfactory low-temperature electrochemical performance, delivering a high energy density of 11 mWh cm-2 and excellent cycling stability with a capacitance retention of 90% over 10000 cycles at -40 °C. Notably, the fabricated all-hydrogel supercapacitor can endure dynamic deformations and operate well under 2000 tension cycles even at -40 °C, without experiencing delamination and electrochemical failure. This work offers a promising strategy for flexible energy storage devices with low-temperature adaptability.
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