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导电水凝胶的构建与应用
发布时间:2018-10-24 08:33:23发布者:Admin新闻种类:前沿动态

由于同时具备导电性及水凝胶的柔性,导电水凝胶是用于设计与构建超级电容器和电池的理想框架物。导电水凝胶具有水凝胶本征的柔性,从而可以抵御极大的机械形变;同时,由于其三 维网络结构,可以容纳巨量电解液并提供电化学反应所需的极大的表面积。除了在超级电容器及蓄电池领域的应用,由于导电水凝胶本身所具有的优异特性,其应用领域正在逐步拓宽(如图1 ),包括传感器系统、人造皮肤、给药系统以及太阳能电池领域。

图1

目前,用于构建导电水凝胶的方法一般分为四类(如图2),包括:

(1)通过将导电填料悬浮于水凝胶基体内从而制得导电水凝胶;

(2)通过将导电聚合物的单体分散于凝胶基体内,而后引发导电聚合物单体聚合形成导电水凝胶;

(3)通过导电聚合物单体独自交联构建水凝胶;

(4)石墨烯超分子自组装构建水凝胶。

图2

以导电水凝胶在超级电容器方面的应用为例,图3所示为通过石墨烯超分子自组装方式构建的电容器件,在恒流充放电试验中,表现出极佳的质量比电容(186F/g at 1A/g)、面积比电容 (372F/cm2)以及极佳的循环稳定性(8.4% capacitance decay over 10,000 charge/discharge cycles at 10?A/g)。同时,在极端弯折条件下,该电容器件仍然保有其全部电容性能,水 凝胶耐机械形变的特性可见一斑。

图3

来源:WeiZhang, PanFeng, JianChen, ZhengmingSun, BoxinZhao, Electrically conductive hydrogels for flexible energy storage systems, Progress in Polymer Science, 2018.

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