Self-Healable, High-Strength Hydrogel Electrode for Flexible Sensors and Supercapacitors

材料科学 超级电容器 电极 明胶 聚吡咯 复合材料 自愈水凝胶 纳米技术 电容 聚合物 聚合 高分子化学 生物化学 物理化学 化学
作者
Chunlin Liu,Xuechuan Wang,Hui Jie Zhang,Xiangyu You,Ouyang Yue
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (30): 36240-36252 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acsami.1c03335
摘要

Flexible energy storage materials and sensors have become the key equipment of human–machine interface technology. For the preparation of these devices, hydrogel electrodes are relevant because of their unique porous structure, high capacitance, flexibility, small size, and lightweight. In this paper, regular polypyrrole (PPy) is synthesized on a heat-induced phase-separated gel (H-Gel/AS) by the template degradation method, and a gelatin-based PPy hydrogel with high strength, high strain rate, and high conductivity is prepared. Moreover, by adding multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) into a gelatin solution according to the H-Gel/AS method, the electrochemical performance of the resulting H-Gel/AS-MWCNTs-PPy electrode is greatly improved. When the H-Gel/AS-MWCNTs-PPy gel is immersed in an ammonium sulfate solution, wrinkles appear on the surface, resulting in further enhancement of the capacitance. On this basis, a flexible sensor and a solid-state supercapacitor are assembled, and their performance is tested. The sensor can detect tensile, bending, and twisting strains with high sensitivity. Meanwhile, as a flexible solid-state supercapacitor, the specific capacitance is 75 F g–1, and the capacitance retention rate after 5000 cycles is 98.1% under bending conditions. More importantly, the gelatin-based hydrogel shows great potential for application in wearable devices.
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