成果简介
可拉伸超级电容器（S-SCs）作为可穿戴电子设备和智能产品的潜在储能设备，具有相当大的吸引力。然而，在大变形下实现高能量密度和稳定输出仍然是一个紧迫的挑战。本文，浙江理工大学武观研究员、吕汪洋等在《Adv Fiber Mater》期刊发表名为“High-Performance Stretchable Supercapacitors Based on Centrifugal Electrospinning-Directed Hetero-structured Graphene–Polyaniline Hierarchical Fabric”的论文，研究开发了一种基于坚固的异质结构石墨烯-聚苯胺（G-PANI）锚定分层织物（G-PANI@pcPU）的高性能S-SC。
通过精确操纵离心电纺和PANI诱导的两步自组装过程，G-PANI@pcPU具有相互连接的多孔骨架，打开了离子迁移/插层的通道，具有高机械灵活性（伸长率：400%）和大生产面积（>90 cm2）。由此产生的G-PANI@pcPU呈现出5093.7 mF cm-2的超大比面积电容（Careal）（G-PANI的质量负载约为35 mg cm-2）和在1 M H2SO4电解液中的氧化还原性。
此外，基于G-PANI@pcPU织物的固态S-SCs显示出69.2 μWh cm-2的高能量密度和3113.7 mF cm-2的电容。更重要的是，S-SCs令人印象深刻地实现了卓越的可拉伸稳定性（5000次循环后电容保持率为84.1%）和可折叠性能（5000次循环后电容保持率为86.7%）。最后，S-SCs实现了在100%的应变下为发光二极管（LED）灯、弯曲变形的智能手表、玩具车和灯具提供稳定的电源的潜在应用。这项工作可以为设计先进的柔性电极提供了基础，以实现新能源和智能可穿戴应用。
图文导读
图1、G-PANI@pcPU制备示意图
图2、a-c ）G-PANI@pcPU的SEM图像；d-f） G-PANI的TEM图像；g） G-PANI的C、N和O元素的EDS图谱；h ）大规模制备的照片；i） G-PANI@pcPU在不同变形下的照片；j ）G-PANI@pcPU在折叠/解折叠状态下裁剪成不同形状的照片
图3、a-b） G-PANI@pcPU织物的C1s和N1s XPS光谱。c） 拉曼光谱，d ）GO和G-PANI的C 1 s XPS光谱。e ）GO和不同G-PANI复合材料的FT-IR光谱。f ）cPU和G-PANI@pcPU织物的机械性能。
图4、电极在1M H2SO4电解液中的电化学性能
图5、对称的G-PANI@pcPU S-SC的电化学性能
图6、实际动力应用程序的原型。a S-SC在拉伸状态下为LED供电的照片。b弯曲状态下S-SC至动力表的照片。c S-SC为玩具车提供动力的照片。d三个串联到电源灯的S-SC的照片
小结
综上所述，我们报告了一种异质结构的G-PANI分层织物。离心电纺和溶液自组装产生了均匀的G-PANI@pcPU结构，具有出色的弹性（伸长率：400%），大规模生产（>90平方厘米），以及卓越的Careal（在H2SO4电解质中为5093.7毫法厘米）。由这种电纺G-PANI@pcPU制成的固态超级电容器（S-SC）提供了69.2 μWh cm-2的高面积能量密度，3113.7 mF cm-2的电容，以及在H2SO4-PVA电解质中的拉伸（5000次循环后84.1%的电容保留）和折叠（5000次循环后86.7%的电容保留）的可持续性能。值得注意的是，G-PANI@pPU S-SCs可以为100%应变的LED灯、弯曲变形的智能手表、玩具汽车和灯具供电。我们的工作为实现储能技术中柔性超级电容器的先进电极设计和制造提供了重要的一步，这可能为指导可穿戴行业的发展提供一个新的思路。
文献:https://doi.org/10.1007/s42765-023-00304-5
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