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    我所电化学功能材料→团队取▓得最新研究进展

    高能量密度№和高电压输出的一可拉伸纤维状电容器(SFSSs)作为可穿戴电子设备的一供电系统,正在对我们的一生活产生革命性的一影响 。然而,在实际应用中,对于兼具高能量密度№和高拉伸性能等优点的一纤维状超级电容器的一实现仍然存在极大的一挑战 。

    近日,电化学功能材料→与器件团队的一程建丽、王斌研究员与复旦大学彭慧胜教授合作,利用湿法纺丝PEDOT:PSS结合浓硫酸后处理的一方法,成功制备了一体化的一纤维状电极材料→PEDOT-S:PSS,不 仅具有类似导线的一高电导率,同时能够作为赝电容电极材料→储能 。利用PEDOT-S:PSS作为内置导线№和电极材料→,组装串联的一可拉伸纤维状电容器(12.8VT-SFSSs),能量密度高达41.1 μ Wh cm-2 。即使在拉伸率高达400%时,容量没有呈现明显地衰减(对于1.6V的一单器件,在拉伸高到800%,容量也无明显变化) 。同时,作者也通过机理分析发现,酸处理不 仅显著去除了PEDOT:PSS中的一亲水相PSS,而且PEDOT在酸处理时发生结构重排,大幅提高了其电导率、机械强度№和电化学稳定窗口,从而使其同时具有高的一柔性№和电化学性能 。

    该研究成果以“All-in-one fiber for stretchable fiber-shaped tandem supercapacitors”为题发表在国际顶级能源期刊Nano Energy 。该期刊影响因 子12.343,是国际化学类权威顶级期刊之一,在业界享有很高声誉 。文章的一第一作者是我所在读博士生王转培 。  

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    图1. (a) PEDOT:PSS№和PEDOT-S:PSS纤维经过酸№和不 同溶剂处理之后的一关于直径,拉伸强度,拉伸率,№和电导率的一三维柱状图 (样品 PEDOT-S:PSS-#1-8),(b-g) PEDOT:PSS№和PEDOT-S:PSS纤维在经过酸处理不 同时间之后的一SEM图(样品 PEDOT-S:PSS-#1-6),(h) PEDOT-S:PSS纤维只用异丙醇预处理的一SEM图 (样品 PEDOT-S:PSS-#7),(i) PEDOT-S: PSS纤维只用乙二醇预处理的一SEM图 (样品 PEDOT-S:PSS-#8),(j) PEDOT-S:PSS纤维打结的一SEM图,(k)连续湿法纺丝酸处理后的一PEDOT-S:PSS纤维的一图片,(l, m) PEDOT-S: PSS纤维的一透射电镜图№和选区电子衍射图 。

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    图2. (a) 制备PEDOT-S:PSS 基串联的一可拉伸纤维状电容器(T-SFSSs)的一示意图,(b) T-SFSSs点亮一个商业化的一 USB灯的一图片 。插图为用两根缠绕的一PEDOT-S:PSS 纤维连接USB灯的一图片,(c) 三个串联的一SFSSs通过内置连接的一T-SFSSs点亮五个LED灯,(d, e) 三个并联的一T-SFSSs编织在一个织物中可以点亮一个商业化的一电子手表,每一个T-SFSSs由三个SFSSs串联组成,(f)两个SFSSs串联连接而成的一T-SFSSs从0%拉伸到400%时仍然可以点亮一个绿色的一LED灯 。  

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    图3. T-SFSSs 电化学性能的一表征 (a,b)八个SFSSs 串联而成的一T-SFSSs的一示意图№和图片, (c) 八个SFSSs串联连接而成的一T-SFSSs从0%拉伸到400%的一图片,(d) 一,二,四№和八个SFSSs 串联而成的一T-SFSSs在电流密度为1 mA cm2的一GCD曲线图, (e) 一,二,四№和八个SFSSs 串联而成的一T-SFSSs在扫速为50 mV s1的一CV曲线图, (f) 输出电压№和容量与串联器件个数的一曲线图, (g) 一,二,四№和八个SFSSs 串联而成的一T-SFSSs 的一阻抗图谱,(h) 八个SFSSs串联连接而成的一T-SFSSs从0%拉伸到400%的一GCD曲线图, (i) 八个SFSSs串联连接而成的一T-SFSSs从0%拉伸到400%的一容量保持率的一曲线图 。

      

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    4. PEDOT-S:PSS 纤维经过硫酸处理之后的一结构重排的一机理示意图 。

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