Spatially confined building of environmental-adaptive hydrogel electrolyte for supercapacitors

电解质 超级电容器 材料科学 化学工程 纳米技术 电极 环境科学 化学 电化学 工程类 物理化学
作者
Leyi Yang,Guanbing Zhou,Yijie Jin,Yan Sun,Qiao Liu,Chongyi Chen
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:548: 232015-232015 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232015
摘要

Developing hydrogel electrolytes combining enhanced ionic conductivity, great electrolyte/electrode interfacial contact and high electrochemical stability represents the basic demand of flexible electronic devices for cryogenic applications, but is still a formidable challenge at present. Herein, inspired by the antifreeze mechanism of antifreeze proteins (AFP), we developed a facile spatially confined strategy to stabilize water in molecular level so as to prevent freezing meanwhile maintain other critical features of hydrogels at subzero temperature. Meriting from unique AFP-mimetic structure, the polyacrylic acid-DMSO hydrogel prepared by rapid one-pot photo-polymerization embodies merits of excellent flexibility, large ionic conductivity, and strong interfacial adhesiveness with almost all types of surfaces at temperature down to −40 °C. As-assembled supercapacitor delivers remarkable specific capacitance of 73 F g −1 at −40 °C (∼70% of the capacitance at 20 °C), 84.5% of capacitance retention after 5000 charge-discharge cycles at −40 °C, and 85.8% of capacitance retention after 1000 cycles at an extreme bending angle of 180° and −40 °C, evidently manifesting high efficiency/stability toward cyclic charge-discharge operation and structure deformation in cold climates. It is believed that this work will play an exemplary role in designing anti-freezing hydrogel electrolytes for reliable, flexible electronic devices working at extremely cold environments. • A spatially confined strategy was developed to obtain anti-freezing hydrogel. • Excellent ionic conductivity and interfacial adhesion of hydrogel at −40 °C. • High efficiency and reliability of flexible electronic device working at −40 °C.
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