Facile fabrication of MnO2-embedded 3-D porous polyaniline composite hydrogel for supercapacitor electrode with high loading

材料科学 超级电容器 聚苯胺 循环伏安法 假电容 电极 化学工程 复合数 介电谱 电容 电化学 纳米颗粒 扫描电子显微镜 聚合 复合材料 纳米技术 聚合物 化学 工程类 物理化学
作者
Huabo Huang,Renpeng Chen,Shuaiyi Yang,Liang Li,Yulan Liu,Juan Huang
出处
期刊:High Performance Polymers [SAGE Publishing]
卷期号:32 (3): 286-295 被引量:17
标识
DOI:10.1177/0954008319860893
摘要

To obtain the promising pseudocapacitance of MnO 2 , the composite hydrogel of MnO 2 and polyaniline (PANI) was fabricated using in situ polymerization of aniline hydrochloride in the aqueous solution containing commercial MnO 2 nanoparticles and additives. Both scanning electron microscopy and transmission electron microscopy results indicated that the composite hydrogel exhibited a 3-D porous structure, within which MnO 2 nanoparticles were uniformly embedded. The investigations of cyclic voltammetry, galvanostatic charge−discharge, and electrochemical impedance spectroscopy demonstrated superior supercapacitor (SC) performance of the hydrogel electrode even with high loading. The electrode with loading of 1.5 mg cm –2 showed a favorable specific capacitance (293 F g –1 , 10 mV s –1 ), which only decreased to 258 F g –1 when the loading of the electrode was seven times higher (10.8 mg cm –2 ). Furthermore, the hydrogel electrode displayed good cycle stability in the acidic solution (81% capacitance retention after 1000 charge/discharge cycles). The favorable electrochemical performance of the composite hydrogel should be attributed to the fast electron/ion transport and good protection for MnO 2 in the 3-D porous structure. Due to the facile one-pot synthesis and optimized nanostructure, it could be expected that MnO 2 -embedded 3-D porous PANI composite hydrogels have great application in the field of high-performance electrode with high loading for SCs.

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