Novel Thermoplastic Polyurethanes Enable Biaxially Stretchable Conductor for Supercapacitors with High Areal Capacitance

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作者
Meng Wang,Xin Jiang,Manyu Liu,Bin Deng,Dinghui Chen,Yulu Cai,Jiaoyi Ning,Jixiang Cui,Chaohong Zhang,Hong Meng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (51): 16261-16269 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04193
摘要

Stretchable supercapacitors are essential components in wearable electronics due to their low heat generation and seamless integration capabilities. Thermoplastic polyurethane elastomers, recognized for their dynamic hydrogen-bonding structure, exhibit excellent stretchability, making them well-suited for these applications. This study introduces fluorine-based interactions in the hard segments of thermoplastic polyurethanes, resulting in polyurethanes with a low elastic modulus, high fracture strength, exceptional fatigue resistance, and self-healing properties. By utilizing these polyurethanes as binders and meshed fabric as scaffolds, we developed highly stretchable conductors. These conductors maintain low resistance (∼26 ohms) under biaxial stretching and exhibit a stable bidirectional conductivity after 1600 stretching cycles. The fabricated supercapacitor electrode, incorporating fabric current collectors, polyurethane, and MXene, achieves an ultrahigh areal specific capacitance of 7200 mF cm-2 and retains 100% capacity after 2300 cycles. This material design strategy offers significant potential in elastic materials, stretchable conductors, and high-performance energy storage for wearable electronics.
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