Scalable Manufacturing of Solid Polymer Electrolytes with Superior Room-Temperature Ionic Conductivity

材料科学 离子电导率 电解质 聚合物 化学工程 天然橡胶 超级电容器 电导率 高分子化学 电极 复合材料 电化学 物理化学 工程类 化学
作者
Zekun Zhou,Zengren Tao,Linyun Zhang,Xueying Zheng,Xieyi Xiao,Zhen Liu,Xin Li,Guangfeng Liu,Pengfei Zhao,Peng Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (29): 32994-33003 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.2c01416
摘要

A scalable manufacturing protocol is developed to prepare polymer-based solvent-free all-solid flexible energy storage devices based on a two-roll mill and adapted rubber mixing technology. The as-prepared solid polymer electrolytes (SPEs) consisting of commercial poly(methyl methacrylate)-grafted natural rubber (MG30) and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide achieve a superior ionic conductivity of 2.7 × 10–3 S cm–1 at 30 °C. The superior ionic conductivity is attributed to the formation of an ionic cluster network in the composite as proved by small-angle X-ray scattering and infrared spectroscopy measurements. Moreover, the as-prepared SPEs show good mechanical stability over a broad temperature range, that is , a storage modulus above 1 × 104 Pa from 30 to 120 °C as indicated by the rheology data. Furthermore, the SPEs were assembled with the carbon black-filled MG30 (i.e., MG30C) electrode into a flexible supercapacitor cell, which had a wide voltage window of 3.5 V, good energy density of 28.4 μW h·cm–2 at 160 °C, and good temperature tolerance up to 160 °C. This scaling-up manufacture strategy shows tremendous potential to the advancing of SPEs in applications of flexible energy storage device.
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