Swelling-reconstructed chitosan-viscose nonwoven fabric for high-performance quasi-solid-state supercapacitors

超级电容器 材料科学 电容 粘胶 复合数 复合材料 聚吡咯 电极 碳纳米管 导电体 比表面积 电化学 壳聚糖 肿胀 的 化学工程 聚合 聚合物 化学 生物化学 催化作用 物理化学 工程类
作者
Qi Zhang,Dong Liu,Haiyan Pei,Wei Pan,Yingliang Liu,Shengang Xu,Shaokui Cao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:617: 489-499 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.03.011
摘要

Fabrics are often used as freestanding substrates for energy storage devices owing to their hierarchical porous structure and excellent mechanical flexibility. However, it is still a challenge to achieve a high loading mass of electroactive materials for outstanding electrochemical performance. In this work, with the help of high swelling property of chitosan, the chitosan-viscose nonwoven fabric (CVF) is successfully reconstructed to expand its specific surface area for flexible conductive substrates in the supercapacitors. Then, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) are coated on the surface of crosslinked chitosan-viscose nonwoven fabric (c-CVF) to form the conductive framework. Subsequently, polypyrrole (PPy) is deposited by in-situ interfacial polymerization on the above conductive MWCNT/c-CVF substrate. The optimized PPy/MWCNT/c-CVF composite electrode shows not only a high electrical conductivity of 285.9 ± 1.2 S·cm-1, but also a prominent specific capacitance of 10112.9 mF·cm-2 at 2 mA·cm-2. Moreover, the prepared composite electrode also exhibits a high flexibility and good rate capability, in which the 70.3% capacitance is retained when the current density increases from 2 mA·cm-2 to 10 mA·cm-2. Besides, the quasi-solid-state symmetric supercapacitor, being assembled with the optimized composite fabric electrodes, produces the maximum areal specific capacitance of 1748.0 mF·cm-2 at 2 mA·cm-2 and the outstanding energy density of 155.4 μWh·cm-2 at a power density of 0.88 mW·cm-2. This work provides an effective approach to reconstruct the blended nonwoven fabric structure for high-performance flexible conductive substrate in the supercapacitors.
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