Redox‐Enhanced Ionogels for Stretchable High‐Energy Density Electrochemical Capacitors

材料科学 电容器 电化学 氧化还原 能量密度 纳米技术 光电子学 复合材料 工程物理 电极 电气工程 冶金 电压 化学 物理化学 工程类
作者
Min Su Kim,Incheol Heo,Min Seok Kang,Byungkyu Jeon,Kyung Gook Cho,Won Cheol Yoo,Keun Hyung Lee
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202421206
摘要

Abstract Developing stretchable energy storage devices with high energy and power densities poses a significant challenge for future wearable/deformable electronics. This study proposes new redox (R)‐ionogels that incorporate organodisulfides as redox species for high‐energy, stretchable redox‐enhanced solid‐state electrochemical capacitors (R‐SECs). The R‐SECs are prepared using R‐ionogels made from tetraethylthiuram disulfide (TETDS), 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMI][TFSI]), and a physically crosslinked polymer network (poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene), P(VDF‐HFP)), sandwiched between two carbonaceous electrodes. Cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge characteristics of the R‐SECs demonstrated both effective redox reactions and non‐faradaic capacitive energy storage. The optimized 0.25 M TETDS R‐ionogel achieved a specific capacitance of 405 F g ‒1 , 83% rate retention, 80% cyclic stability after 2000 cycles, an energy density of 117 Wh kg ‒1 , and a power density of 5.9 kW kg ‒1 . Additionally, the 0.25 M TETDS enhanced the mechanical properties of the ionogel, increasing the strain at break from 1.92 to 3.25 and toughness from 0.38 to 1.35 MJ m⁻ 3 . Finally, stretchable R‐SECs possessing excellent stretching/releasing durability at 100% strain and volumetric energy densities 26.3 mWh cm −3 that surpass the upper bound of the Ragone plot for reported stretchable capacitors are successfully fabricated for the first time.
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