【背景介绍】

柔性便携式充电机充电设备在诸如军事设备，医疗和生物监测设备等各个领域都具有前所未有的应用。具有柔性，拉伸性，重量轻，耐用等特点的高效储能单元已经吸引了越来越多人的注意。但由于较低的功率密度，诸如充电机充电蓄电池的常规储能装置受到限制，并且由于较低的能量密度，传统的充电机充电电容器也受到限制。

【成果简介】

近日，来自同济大学的蔡克峰教授（通讯作者）等人使用无尘纸作为基底通过低温界面聚合法制备了具有高性能，可透气，高导电和柔性的聚吡咯（PPy）涂布纸电极。由于具有PPy优异的导电性，高润湿性和无尘纸多孔结构的协同效应，所制备的电极不仅显示出优异的比充电机充电电容和倍率性能（对于PPy涂布纸电极，在1和20mA cm-2处为3100和2579mF cm-2 ），还具有优异的柔性，拉伸性和透气性。基于这些优越特性，用PPy涂布纸电极组装的全固态充电机充电超级电容器展现出62.4μWh cm -2的显著能量密度，良好的透气性和柔性。相关成果以题为“High-Performance and Breathable Polypyrrole Coated Air-Laid Paper for Flexible All-Solid-State Supercapacitors”发表在了Adv. Energy Mater.上。第一作者为硕士研究生陈元勋 。

【图文导读】

FT-IR光谱及PPy涂层纸折成各种形状

a）无尘纸和150-PPy样品的FT-IR光谱

b-f）分别将PPy涂层纸折叠成衬衫，房子，裤子和飞机

g-i）分别将PPy涂层纸卷曲，折叠和扭结

SEM图像

a）0-，b）50-，c）100-，d-f）150-PPy，g-i）200-PPy在不同放大倍率下的SEM图像

CV充电机充电蓄电池充放电曲线及不同电流密度下的比容量

a）5 mV s-1速率下的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

b）50，100，150和200-PPy在1mA cm -2下的GCD充电机充电蓄电池充放电曲线

c）不同纸电极在不同电流密度下的比容量

d）在100kHz至0.01Hz频率范围内测量的不同纸电极的阻抗图

e）在5mA cm -2下150-PPy纸电极的循环性能

图CV充电机充电蓄电池充放电曲线分析

a）弯曲后不同循环时150-PPy纸电极的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

b）150-PPy纸电极在不同弯曲角度下的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

c）有或无拉伸时150-PPy纸电极的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

d）在制成150-PPy纸电极之前和之后的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

e）超声波处理之前和之后150-PPy纸电极的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

透气性测试

a）吹气之前和之后150-PPy纸电极的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

b）0-和150-PPy样品空气压力为100Pa时在不同位置的透气性

CV充电机充电蓄电池充放电曲线和GCD充电机充电蓄电池充放电曲线

150-PPy纸电极对称含水充电机充电超级电容器的a）CV充电机充电蓄电池充放电曲线，b）GCD充电机充电蓄电池充放电曲线

 不同扫描速率的CV充电机充电蓄电池充放电曲线和不同电流密度的GCD充电机充电蓄电池充放电曲线

对于a，b）50-，c，d）100-，e，f）150-和g，h）200-PPy-SC，分别以不同扫描速率的CV充电机充电蓄电池充放电曲线和不同电流密度的GCD充电机充电蓄电池充放电曲线

能量和功率密度

a）在5 mV s-1速率下的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

b）在1 mA cm -2下50，100，150和200-PPy-SC的GCD充电机充电蓄电池充放电曲线

c）不同纸电极的在不同电流密度下的比容图

d）150-PPy-SC的能量和功率密度

弯曲和吹气后的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

a）150-PPy-SC在不同弯曲角度下的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

b）吹制和弯曲之后的150-PPy-SC的CV充电机充电蓄电池充放电曲线

150-PPy-SC的透气性

150-PPy-SC空气压力为100Pa时在不同位置的透气性

串联的四个充电机充电超级电容器的示意图

a）串联连接的四个充电机充电超级电容器的示意图，以提高工作电压

b）设备的组装过程

c）四个150-PPy-SC串联的封装装置

d）四个150-PPy-SC的数码照片，串联连接用来点亮红色LED

【总结】

该研究使用无尘纸作为柔性基底通过化学低温界面聚合方法制备了高性能和透气性的PPy涂布纸电极。总的来说，这项工作提供了透气和储能装置的有效实现方法。