Free-standing and flexible polyvinyl alcohol-sodium alginate-polypyrrole electrodes based on interpenetrating network hydrogels

聚吡咯 聚乙烯醇 自愈水凝胶 超级电容器 互穿聚合物网络 电极 化学工程 乙烯醇 聚合物 材料科学 聚合 高分子化学 极限抗拉强度 电容 化学 复合材料 物理化学 工程类
作者
Wenzheng Li,Siyuan Yang,Wei Chen,Jing Yang,Hao Yu,Ruitao Lv,Min Fu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:664: 299-308 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.064
摘要

Flexible supercapacitors (FSCs) have attracted much attention due to their strong mechanical flexibility, wearability and portability, which greatly rely on the employed flexible electrodes. The conductive polymer hydrogels with excellent flexibility, processability and capacitive performance are one of the most promising candidates, which are still limited by their poor mechanical properties. Constructing robust interpenetrating polymer networks (IPN) is an effective approach to promote their mechanical properties. Herein, interpenetrating polyvinyl alcohol (PVA)-sodium alginate (SA)-polypyrrole (PPy) hydrogels are prepared by the freeze–thaw and in-situ polymerization method. The IPN structure composed of PVA and SA not only enhances the mechanical properties of hydrogels, but also provides substantial active sites for electrochemical reactions. Moreover, the hydrogen-bonding interaction between different components in the PVA-SA-PPy hydrogel boosts the charge/ion transfer. The optimal PVA-SA-PPy hydrogels show an elongation at break of 380 %, a tensile strength of 1.5 MPa, and a specific capacitance of 2646 mF cm−2 at 2 mA cm−2. The symmetric PVA-SA-PPy FSCs show an energy density of 96.7 μWh cm−2 at a power density of 999.9 μW cm−2, and the capacitance retention is 66.3 % after 10,000 cycles. These exceptional mechanical and electrochemical properties make the PVA-SA-PPy hydrogels a promising candidate for FSCs.
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