80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  可拉伸超級電容器作為新型柔性儲能器件在智能穿戴等柔性電子產(chǎn)品中應(yīng)用前景廣闊。然而，能量密度低和抗形變能力差等缺陷是制約其快速發(fā)展的瓶頸。為解決上述問題，華東理工大學(xué)王庚超教授課題組基于早期提出的“同質(zhì)一體化可拉伸器件”設(shè)計策略（Energy Storage Materials2021, 39, 130-138.），設(shè)計合成了雙親型聚氨酯交聯(lián)彈性體（APU）并與“鹽包水/乙腈”（H₂O/AN-NaClO₄）電解液有效結(jié)合，成功制備出雙親型有機/水凝膠電解質(zhì)，其穩(wěn)定工作電壓窗口高達(dá)~2.3 V�；谕|(zhì)化策略，將活性物質(zhì)以漿料的形式涂覆在具有島-橋結(jié)構(gòu)的聚氨酯基可拉伸集流體上制備了本征可拉伸電極，最終通過“直接粘貼”的簡便工藝組裝了一體化可拉伸超級電容器。由于該彈性基體材料具有極強的粘附性和親和性，使得該可拉伸器件具有穩(wěn)定的電化學(xué)性能輸出，在應(yīng)變?yōu)?00%拉伸過程中，器件的電容保持率達(dá)94.5%，充放電循環(huán)10000次后電容保持率為95.2%。該工作以“High-performance Integrated Stretchable Supercapacitors Based on Polyurethane Organo/hydrogel Electrolyte”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials Interfaces》上（doi/10.1021/acsami.1c17186）。文章第一作者是華東理工大學(xué)穆宏春博士，黃新明碩士，王文強博士后為共同通信作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。

圖1 APU的制備工藝及其力學(xué)性能

如何讓剛?cè)岵?jì)的聚氨酯親油又親水？

  本研究引入含有磺酸基團(tuán)的親水?dāng)U鏈劑和聚氧化乙烯二醇親水軟段，賦予聚氨酯優(yōu)異的親水性，同時體系中還存在異佛爾酮二異氰酸酯親油鏈段，以三乙醇胺為交聯(lián)劑，成功合成了具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雙親型聚氨酯彈性體（APU）。該APU彈性體呈現(xiàn)出色的機械強度（~19 MPa）和優(yōu)異的回彈性。

圖2 APUGE的形成機理及性能

“鹽包水/乙腈”策略構(gòu)筑寬電位窗口（~2.3 V）有機/水凝膠電解質(zhì)

  將APU溶脹于高鹽濃度8 m（mol/kg）的NaClO₄/H₂O/AN體系中，制得雙親型有機/水凝膠電解質(zhì)（APUGE~2.3 V）。其中，AN作為共溶劑可以減弱聚合物分子鏈之間的相互作用力，使鏈段得到充分伸展，促進(jìn)電解質(zhì)的滲透，實現(xiàn)高的離子電導(dǎo)率，賦予器件高的倍率性能。在結(jié)合過程中，H₂O和AN分別浸潤APU的親水和親油鏈段，實現(xiàn)APU鏈段的充分溶脹，并在各溶脹鏈段附近形成溶劑化鞘。如圖2a所示，溶劑化鞘層可以將Na⁺以及幾乎所有的AN和H₂O分子結(jié)合起來，并與溶脹的雙親型鏈段親和，從而達(dá)到?jīng)]有自由水分子存在的效果。此外，大量的ClO₄^-陰離子直接與Na⁺進(jìn)行配位，使得離子聚集，最終會形成較大的離子團(tuán)簇。由此發(fā)現(xiàn)，隨著NaClO₄濃度的增加，Na⁺周圍的溶劑化結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。因此，當(dāng)高濃度的NaClO₄/H₂O/AN與APU結(jié)合時，離子簇中的水分子會靠近親水段，而AN會靠近親油段，得到了寬電位窗口的APUGE，從而提高了器件的能量密度。此外，APUGE在吸液率為250%時，其拉伸強度為4.5MPa ,斷裂伸長率高達(dá)2220%，并具有優(yōu)異的拉伸回彈性。

圖3本征可拉伸電極的設(shè)計及性能

“島-橋型”導(dǎo)電填料與彈性體的協(xié)同作用

  以零維的導(dǎo)電炭黑（CB）作為“島”，一維的多壁碳納米管（MWCNTs）作為“橋”從而形成島-橋結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電填料，將其均勻分散在低溶脹率的聚氨酯彈性基體中，成功制備了可拉伸集流體，該集流體具有優(yōu)異的機械強度和拉伸回彈性，并在不同應(yīng)變和循環(huán)下均保持穩(wěn)定的阻抗變化趨勢。相比于單獨使用CB作為導(dǎo)電填料的集流體具有明顯的優(yōu)勢。涂覆活性炭后，具有島-橋結(jié)構(gòu)的本征可拉伸電極在拉伸循環(huán)過程中仍然保持著低的電阻變化。

圖4 靜態(tài)和動態(tài)電化學(xué)性能評價

界面緊密結(jié)合賦予穩(wěn)定的性能輸出

  得益于雙親型聚氨酯有機/水凝膠電解質(zhì)的寬電位窗口和高粘附性，和電極的本征可拉伸性，所組裝的一體化可拉伸超級電容器具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。當(dāng)功率密度為0.0256 W cm^-3時，其能量密度可達(dá)5.65 mWh cm^-3，并且在截止應(yīng)變?yōu)?00%，拉伸循環(huán)500次后電容保持率仍為94.5%。通過層層之間的剝離試驗，以及不同拉伸態(tài)下的斷面電鏡圖也進(jìn)一步佐證了該器件的界面穩(wěn)定性，可確保器件性能的穩(wěn)定輸出。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c17186