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【背景介紹】

柔性便攜式充電機(jī)充電設(shè)備在諸如軍事設(shè)備，醫(yī)療和生物監(jiān)測(cè)設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域都具有前所未有的應(yīng)用。具有柔性，拉伸性，重量輕，耐用等特點(diǎn)的高效儲(chǔ)能單元已經(jīng)吸引了越來越多人的注意。但由于較低的功率密度，諸如充電機(jī)充電蓄電池的常規(guī)儲(chǔ)能裝置受到限制，并且由于較低的能量密度，傳統(tǒng)的充電機(jī)充電電容器也受到限制。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，來自同濟(jì)大學(xué)的蔡克峰教授（通訊作者）等人使用無塵紙作為基底通過低溫界面聚合法制備了具有高性能，可透氣，高導(dǎo)電和柔性的聚吡咯（PPy）涂布紙電極。由于具有PPy優(yōu)異的導(dǎo)電性，高潤(rùn)濕性和無塵紙多孔結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)，所制備的電極不僅顯示出優(yōu)異的比充電機(jī)充電電容和倍率性能（對(duì)于PPy涂布紙電極，在1和20mA cm-2處為3100和2579mF cm-2 ），還具有優(yōu)異的柔性，拉伸性和透氣性。基于這些優(yōu)越特性，用PPy涂布紙電極組裝的全固態(tài)充電機(jī)充電超級(jí)電容器展現(xiàn)出62.4μWh cm -2的顯著能量密度，良好的透氣性和柔性。相關(guān)成果以題為“High-Performance and Breathable Polypyrrole Coated Air-Laid Paper for Flexible All-Solid-State Supercapacitors”發(fā)表在了Adv. Energy Mater.上。第一作者為碩士研究生陳元?jiǎng)?。

【圖文導(dǎo)讀】

FT-IR光譜及PPy涂層紙折成各種形狀

a）無塵紙和150-PPy樣品的FT-IR光譜

b-f）分別將PPy涂層紙折疊成襯衫，房子，褲子和飛機(jī)

g-i）分別將PPy涂層紙卷曲，折疊和扭結(jié)

SEM圖像

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

CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線及不同電流密度下的比容量

a）5 mV s-1速率下的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

b）50，100，150和200-PPy在1mA cm -2下的GCD充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

c）不同紙電極在不同電流密度下的比容量

d）在100kHz至0.01Hz頻率范圍內(nèi)測(cè)量的不同紙電極的阻抗圖

e）在5mA cm -2下150-PPy紙電極的循環(huán)性能

圖CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線分析

a）彎曲后不同循環(huán)時(shí)150-PPy紙電極的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

b）150-PPy紙電極在不同彎曲角度下的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

c）有或無拉伸時(shí)150-PPy紙電極的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

d）在制成150-PPy紙電極之前和之后的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

e）超聲波處理之前和之后150-PPy紙電極的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

透氣性測(cè)試

a）吹氣之前和之后150-PPy紙電極的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

b）0-和150-PPy樣品空氣壓力為100Pa時(shí)在不同位置的透氣性

CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線和GCD充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

150-PPy紙電極對(duì)稱含水充電機(jī)充電超級(jí)電容器的a）CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線，b）GCD充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

 不同掃描速率的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線和不同電流密度的GCD充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

對(duì)于a，b）50-，c，d）100-，e，f）150-和g，h）200-PPy-SC，分別以不同掃描速率的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線和不同電流密度的GCD充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

能量和功率密度

a）在5 mV s-1速率下的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

b）在1 mA cm -2下50，100，150和200-PPy-SC的GCD充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

c）不同紙電極的在不同電流密度下的比容圖

d）150-PPy-SC的能量和功率密度

彎曲和吹氣后的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

a）150-PPy-SC在不同彎曲角度下的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

b）吹制和彎曲之后的150-PPy-SC的CV充電機(jī)充電蓄電池充放電曲線

150-PPy-SC的透氣性

150-PPy-SC空氣壓力為100Pa時(shí)在不同位置的透氣性

串聯(lián)的四個(gè)充電機(jī)充電超級(jí)電容器的示意圖

a）串聯(lián)連接的四個(gè)充電機(jī)充電超級(jí)電容器的示意圖，以提高工作電壓

b）設(shè)備的組裝過程

c）四個(gè)150-PPy-SC串聯(lián)的封裝裝置

d）四個(gè)150-PPy-SC的數(shù)碼照片，串聯(lián)連接用來點(diǎn)亮紅色LED

【總結(jié)】

該研究使用無塵紙作為柔性基底通過化學(xué)低溫界面聚合方法制備了高性能和透氣性的PPy涂布紙電極。總的來說，這項(xiàng)工作提供了透氣和儲(chǔ)能裝置的有效實(shí)現(xiàn)方法。