Nylon-Graphene Composite Nonwovens as Monolithic Conductive or Capacitive Fabrics

材料科学 石墨烯 超级电容器 复合材料 复合数 电容 电导率 导电体 尼龙6 电极 聚合物 纳米技术 物理化学 化学
作者
Qin Pan,Eunkyoung Shim,Behnam Pourdeyhimi,Wei Gao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (9): 8308-8316 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acsami.7b00471
摘要

Here we describe a nylon-graphene nonwoven (NGN) composite, prepared via melt-blowing of nylon-6 into nonwoven fabrics and infiltrate those with graphene oxide (GO) in aqueous dispersions, which were further chemically reduced into graphene to offer electrical conductivity. The correlation between the conductivity and the graphene loading is described by the percolation scaling law σ = (p – pc)t, with an exponent t of 1.2 and a critical concentration pc of 0.005 wt %, the lowest among all the nylon composites reported. Monolithic supercapacitors have been further developed on the nylon-GO nonwoven composites (NGO), via a programed CO2-laser patterning process. The nylon nonwoven works as an efficient matrix, providing high capacity to GO and ensuring enough electrode materials generated via the subsequent laser patterning processes. Our best monolithic supercapacitors exhibited an areal capacitance of 10.37 mF cm–2 in PVA-H2SO4 electrolyte, much higher than the 1–3 mF cm–2 reported for typical microsupercapacitors. Moreover, our supercapacitors were able to retain a capacitance density of 5.07 mF cm–2 at an ultrahigh scan rate (1 V s–1), probably due to the facilitated ion migration within the highly porous nonwoven framework. This is the first report of highly functional nylon-6 nonwovens, fabricated via industrially scalable pathways into low-cost conductive polymer matrices and disposable energy storage systems.
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