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Chitosan-reinforced gelatin composite hydrogel as a tough, anti-freezing, and flame-retardant gel polymer electrolyte for flexible supercapacitors

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作者
Syed Farrukh Alam Zaidi,Aiman Saeed,Van‐Chuong Ho,Jun Hyuk Heo,Hui Hun Cho,Nasir Sarwar,Nae‐Eung Lee,Junyoung Mun,Jung Heon Lee
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:234: 123725-123725 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.123725
摘要

Hydrogel-based electrolytes for flexible solid-state supercapacitors (SSCs) have received significant attention due to their mechanical robustness and stable electrochemical performance over a wide temperature range. However, achieving flame retardancy in such SSCs at subzero temperatures to increase their practical utility remains challenging. Furthermore, there is a need for sustainable and bio-friendly SSCs that use natural polymer-based hydrogel electrolytes. This study reports a novel approach for developing a chitosan-reinforced anti-freezing ionic conductive gelatin hydrogel to meet these demands. Immersion of chitosan-containing gelatin hydrogels in salt solutions caused chitosan precipitation, resulting in composite hydrogels. The precipitated chitosan contributes to the reinforcement of the gelatin hydrogel network, resulting in a high mechanical toughness of up to 3.81 MJ/m3, a fracture energy of 26 kJ/m2, anti-freezing properties (below -30 °C), and excellent flame retardancy without softening. Furthermore, the hydrogel exhibits excellent electrochemical performance, with an ionic conductivity ranging from 72 mS/cm at room temperature (26 °C) to 39 mS/cm at -30 °C. The proposed hydrogel exhibits potential for use in SSC as a gel polymer electrolyte. This study demonstrates a novel strategy for controlling the mechanical, thermal, and electrochemical characteristics of flexible supercapacitors using biological macromolecules.
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