中科院宁波材料所《ChemSusChem》：石墨烯增强共轭聚合物的结构完整性、提高水凝胶电极的导电性

本文要点：

通过引入高导电石墨烯的简单方法，以增强聚苯胺水凝胶基可拉伸超级电容器的电容和循环稳定性。

1成果简介

共轭聚合物已广泛用作基于水凝胶的可拉伸超级电容器的活性材料，但是相对较低的电导率和较差的结构稳定性限制了它们的应用。本文，中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘兆平教授团队在《ChemSusChem》期刊发表名为“Graphene Modified Polyaniline-Hydrogel Based Stretchable Supercapacitor with High Capacitance and Excellent Stretching Stability” 的论文，研究通过引入了高导电性石墨烯作为一种更有效的导电促进剂和基底，将聚苯胺(PANI)锚定在基于水凝胶的可拉伸电极中。石墨烯不仅在电极中提供了有效的导电网络，而且由于石墨烯和PANI之间的强大的π-π键相互作用，使得PANI在反复充放电过程中十分稳定。

所得到的电极具有500.13 mF cm-2的高面积电容，经过10000次充放电循环后，其电容保持率仍为100%。将该电极组装成可拉伸对称超级电容器后也显示出218.26 mF cm-2的高面积比电容，即使在150％应变下拉伸容量保留率仍可保持43％，并且在0％至100％反复拉伸2000次循环后也并容量衰减。如此优异的电化学性能显示出高导电性石墨烯在基于共轭聚合物的可拉伸储能装置中的巨大应用潜力。

2图文导读

图1、PGPH制备的示意图。

图2、PGPH的照片和显微结构

图3、（a）拉伸应力-应变曲线，（b）储能模量（G’）和损耗模量（G”），以及（c）PGPH和PPH的电阻。（d）PGPH和PPH的拉曼光谱。

图4、PGPH和PPH电极在三电极电池中的电化学性能。

图5、基于PGPH和PPH的可拉伸超级电容器的电化学性能

3小结

通过引入高导电石墨烯的简单方法，以增强聚苯胺水凝胶基可拉伸超级电容器的电容和循环稳定性。在电流密度为0.5 mA cm-2时电极的面积比电容为500.13 mF cm-2，比未添加石墨烯的电极提高了3倍以上，并且在10000次充放电循环后仍具有100% 容量保持率。用该可伸缩电极PGPH，组装成对称的可拉伸超级电容器可以呈现的面积电容为218.26 mF cm-2。同时，可拉伸电极在含石墨烯比不含石墨烯的具有更优越的电化学性能，这有力地说明了石墨烯对增强共轭聚合物的结构完整性、提高水凝胶电极的导电性具有重要作用。

文献：

https://doi.org/10.1002/cssc.202002641