All‐Solid‐State Fiber Supercapacitors with Ultrahigh Volumetric Energy Density and Outstanding Flexibility

材料科学 超级电容器 电解质 电极 储能 电容 光电子学 纤维 纳米技术 电压 纳米线 电气工程 复合材料 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Zhenghui Pan,Jie Yang,Qichong Zhang,Meinan Liu,Yating Hu,Zongkui Kou,Na Liu,Xin Yang,Xiaoyu Ding,Hao Chen,Jia Li,Kai Zhang,Yongcai Qiu,Qingwen Li,John Wang,Yuegang Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (9) 被引量:229
标识
DOI:10.1002/aenm.201802753
摘要

Abstract Fiber supercapacitors (FSCs) represent a promising class of energy storage devices that can complement or even replace microbatteries in miniaturized portable and wearable electronics. One of their main limitations, however, is the low volumetric energy density when compared with those of rechargeable batteries. Considering the energy density of FSC is proportional to CV 2 ( E = 1/2 CV 2 , where C is the capacitance and V is the operating voltage), one would explore high operating voltage as an effective strategy to promote the volumetric energy density. In the present work, an all‐solid‐state asymmetric FSC (AFSC) with a maximum operating voltage of 3.5 V is successfully achieved, by employing an ionic liquid (IL) incorporated gel‐polymer as the electrolyte (EMIMTFSI/PVDF‐HFP). The optimized AFSC is based on MnO x @TiN nanowires@carbon nanotube (NWs@CNT) fiber as the positive electrode and C@TiN NWs@CNT fiber as the negative electrode, which gives rise to an ultrahigh stack volumetric energy density of 61.2 mW h cm −3 , being even comparable to those of commercially planar lead‐acid batteries (50–90 mW h cm −3 ), and an excellent flexibility of 92.7% retention after 1000 blending cycles at 90°. The demonstration of employing the ILs‐based electrolyte opens up new opportunities to fabricate high‐performance flexible AFSC for future portable and wearable electronic devices.
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