成果简介
基于聚吡咯（PPy）的电极刚性差、能量密度低，这限制了其在柔性储能设备中的广泛应用。本文，武汉工程大学季家友 教授、李亮 教授等在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊发表名为“Reduced Graphene Oxide Wrapped Polypyrrole on Carbon Cloth for High-Performance Flexible Solid-State Supercapacitors”的论文，研究以MnO2作为氧化剂在OCC表面聚合吡咯，然后吸附和还原氧化石墨烯 (GO)，制备出包裹聚吡咯 (PPy) / 氧化碳布 (OCC) 的还原氧化石墨烯 (rGO)（rGO@PPy/OCC）。
制备的 rGO@PPy/OCC电极在电流密度为0.5Ag-1 时显示出547Fg-1 的高重力比电容，在电流密度为 1.5mA cm-2 时显示出 1641 mF cm-2 的高面积比电容。在 200mV s-1 的高扫描速率和 10Ag-1 的大电流密度下，经过8000 次循环后，它几乎保持了初始电容。此外，柔性rGO@PPy/OCC电极还可用于构建柔性固态超级电容器（FSSC）。基于 rGO@PPy/OCC 的 FSSC具有很高的能量密度（33.89 Wh kg-1 和 101.81 µWh cm-2），在1000次弯曲循环后电容保持率为 95.10%，显示了极佳的循环稳定性和柔韧性。因此，将 rGO@PPy/OCC 作为柔性电极来制造高性能 FSSC 是很有潜力的。
图文导读
图1、a） rGO@PPy/OCC电极制备工艺示意图。b） 卷曲的 rGO@PPy/OCC 和 c） 折叠的 GO@PPy/OCC 的数字图像。
图2、a) CC、b) MnO2/OCC、c) PPy/OCC、d) rGO@PPy/OCC 的扫描电镜图像。MnO2/OCC 的 e) C、f) O 和 g) Mn 元素映射。PPy/OCC 的 h) C、i) O 和 j) N 元素映射。
图3、a) CC、MnO2/OCC、PPy/OCC 和 rGO@PPy/OCC 的拉曼光谱。b) CC、MnO2/OCC、PPy/OCC 和 rGO@PPy/OCC 的 XPS 光谱。
图4、a) 不同样品在 10 mV s-1 扫描速率下的 CV 曲线；b) 不同样品在 0.5 A g-1 电流密度下的 GCD 曲线；c) rGO@PPy/OCC 在 5 至 200 mV s-1 扫描速率下的 CV 曲线；d) rGO@PPy/OCC 在 0.5 至 10 A g-1 电流密度下的 GCD 曲线。
图5、a) FSSC 在不同扫描速率下的 CV 曲线。b) FSSC 在不同电流密度下的 GCD 曲线。
图6、a) FSSC 在原始状态和弯曲状态下的照片。b) FSSC 在不同弯曲角度下的 CV 曲线，扫描速率为 200 mV s-1。c) FSSC 在 180° 弯曲 1000 次后的 CV 曲线，扫描速率为 200 mV s-1。d) FSSC 在 180° 弯曲 1000 次后的电容保持率。e) FSSC 在 200 mV s-1 的扫描速率下反复弯曲至 180° 1000 次后的 CV 曲线。
小结
总之，我们展示了一种制备柔性rGO@PPy/OCC的简便浸渍方法。以 OCC 表面锚定的 MnO2 为氧化剂，通过吡咯聚合将PPy纳米粒子均匀涂覆在 OCC 表面。然后，在低温下通过GO辅助吸附和还原方法，将石墨烯纳米片组装到 PPy/OCC表面。rGO@PPy/OCC 电极具有很高的比电容和出色的循环稳定性（在 200mV s-1 的高扫描速率和 10 A g-1 的大电流密度条件下循环 8000 次后电容保持率接近 100%），表现出显著的电化学特性。此外，基于 rGO@PPy/OCC 的 FSSC 不仅在 250 W kg-1 （0.75 mW cm-2）的功率密度下显示出 33.89 Wh kg-1 （101.81 µWh cm-2）的高能量密度，而且在 10000 次循环和反复弯曲至 180° 1000 次后仍能保持满意的电容，这表明其具有出色的循环稳定性和弯曲稳定性。出色的电化学性能可归因于 OCC、表面生长的 PPy 和 rGO 之间的协同作用，从而产生丰富的电活性位点和快速扩散途径。所提出的策略可为设计具有长期循环稳定性的高性能柔性超级电容器电极提供有益的建议。
文献：https://doi.org/10.1002/admt.202400297
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