Sewable high-performance poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)/layered double hydroxide core-shell fiber electrodes for flexible supercapacitors

超级电容器 佩多:嘘 材料科学 电极 纤维 电化学 化学工程 复合材料 电容 化学 聚合物 工程类 物理化学
作者
Hui Huang,Yifeng Zhang,Yongpeng Zhao,Ningxuan Wen,Hao Zhang,Xueqing Zuo,Zhonghua Chen,Chen Sun,Zeng Fan,Lujun Pan
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:570: 233055-233055 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233055
摘要

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)-based fibers are one of the most competitive fiber-type electrodes but still suffer from low electrochemical surface areas (ECSAs) and oversensitivity to humidity for fiber supercapacitor applications. Herein, through rational design, a sewable core-shell fiber electrode of PEDOT:PSS/waterborne polyurethane (WPU) fiber wrapped with nickel/cobalt-layered double hydroxides (NiCo-LDH) has been synthesized via wet-spinning and solution reaction. The fiber core acts as a conductive channel for charge carrier transport. The NiCo-LDH shell possesses unique hybrid architectures of honeycomb-like nanosheet array and hollow nanocages, which provide numerous electrochemical active sites. Simultaneously, the water barrier effect of the NiCo-LDH shell and the interaction between Co2+/Ni2+ and PSS reduce fiber water uptake, thus endowing the fiber with a better geometric stability with low swelling ratio. The as-prepared PEDOT:PSS/LDH fiber has a large ECSA (4060 cm2 g−1) and ultrahigh conductivities no matter in dry (1237.3 S cm−1) or wet (1018.7 S cm−1) state. It also exhibits a high capacitance (188.5 F g−1 at 1 A g−1) and long lifespan (capacitance retention of 94% after 10,000 cycles). The fiber-based supercapacitor shows superb flexibility with stable capacitive behavior under deformation. These characteristics manifest the potential of PEDOT:PSS/LDH fibers for stable high-performance energy storage to support wearable electronics.
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