Acrylic acid-based zwitterionic hydrogel for improving the flexibility and performance of supercapacitors

超级电容器 丙烯酸 电解质 材料科学 聚合 化学工程 电容 介电谱 聚丙烯酸 高分子化学 拉曼光谱 聚合物 电化学 电极 复合材料 化学 光学 物理 工程类 物理化学 单体
作者
Kuan-Yi Liao,Qingji Xie,Weicheng Li,Ten‐Chin Wen
出处
期刊:Journal of The Taiwan Institute of Chemical Engineers [Elsevier]
卷期号:155: 105297-105297
标识
DOI:10.1016/j.jtice.2023.105297
摘要

Acrylic acid (AA) is cheap and easy for polymerization to anionic polymer (PAA) as hydrogel. However, the PAA hydrogel electrolyte is fragile in compressive strength due to its high intake of water. AA is neutralized for sodium acrylate (SA), which is polymerized to obtain PAA with crosslinker. PMA is copolymerized from [2-(acryloyloxy)ethyl] trimethylammonium chloride (META) and SA with crosslinker. Both PAA and PMA are confirmed by Fourier-transform infrared spectra and with 1 M Na2SO4 for Raman spectra, electrochemical impedance and dynamic mechanical analysis in comparison. Finally, PAA and PMA hydrogel electrolytes are sandwiched with carbon electrodes as supercapacitors which are bended for electrochemistry test. PMA hydrogel possesses more bound water than PAA hydrogel via Raman spectra analysis, and the ionic conductivity of 72.8 mS∙cm−1 in PMA hydrogel is higher than one of 60.3 mS∙cm−1 in PAA hydrogel. The toughness of PMA hydrogel is better than PAA hydrogel from dynamic mechanical analysis. For supercapacitors, the specific capacitance of PMA supercapacitor is higher than PAA supercapacitor. Furthermore, PMA hydrogel is used for supercapacitors under bending tests. Surprisingly, PMA supercapacitor for bending 90° angle still has over 90% capacitance retention in comparison to one without bending.

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