高效耐用的柔性固态超级电容器(FSSSCs)由于消除了有毒/腐蚀性液体电解质的泄漏以及能够承受更高的机械应力,正在成为便携式和可穿戴电子设备的低成本设备。然而,FSSSCs的推广需要开发耐用和高导电性的固态电解质,其电化学特性必须与传统的液体电解质相竞争。
近日,欧洲BeDimensional公司的Sebastiano Bellani,Francesco Bonaccorso通过将金属二维第5族过渡金属二硫族化物,即液相剥离的官能化二硫化铌(f-NbS2)纳米片结合到磺化聚醚醚酮(SPEEK)聚合物基质,实现了一种新型复合固态电解质。
文章要点
1)f-NbS2纳米片的末端磺酸基团通过形成牢固的氢键网络与SPEEK的磺酸基团相互作用。因此,即使SPEEK的磺化度高达70.2%,复合固态电解质也具有机械/尺寸稳定性。在此磺化度下,机械强度为38.3 MPa。此外,由于通过Grotthuss机制的高效质子传输,室温下质子电导率高达94.4 mS cm-1。
2)为了阐明电极材料(包括活性材料和粘合剂)与固态电解质之间相互作用的重要性,使用SPEEK和聚偏二氟乙烯分别作为质子传导和非传导粘合剂制备了固态超级电容器。结果显示,固态电解质与质子传导SPEEK粘合剂和碳质电极材料(活性炭、单层/几层石墨烯和炭黑的混合物)结合使用,产生了一种固态超级电容器,其在0.02 A g-1下的比电容为116 F g-1,具有最佳倍率性能(76 F g-1,10 A g-1),在恒电流充电/放电循环和折叠/弯曲应力下具有电化学稳定性。
参考文献
Ahmad Bagheri, et al, Functionalized Metallic 2D Transition Metal Dichalcogenide-Based Solid-State Electrolyte for Flexible All-Solid-State Supercapacitors, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c05640
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05640