摘要：聚乙烯醇/氯化锂水凝胶（PVA/LiCl）是超级电容器中最常用的电解质之一。提高PVA/LiCl的离子电导率和工作温度范围将大大提高超级电容器的电化学性能，并增强设备的环境适应性。这一点意义重大，但能源界却很少关注。本研究通过实验实现了SiO2功能化PVA/L

聚乙烯醇/氯化锂水凝胶（PVA/LiCl）是超级电容器中最常用的电解质之一。提高PVA/LiCl的离子电导率和工作温度范围将大大提高超级电容器的电化学性能，并增强设备的环境适应性。这一点意义重大，但能源界却很少关注。本研究通过实验实现了SiO2功能化PVA/LiCl（PVA-SiO2/LiCl），具有高离子电导率和宽工作温度范围。光谱和理论实验证明，SiO2能显著调节阳离子溶剂化结构，促进阳离子-阴离子对解离，减少PVA链的凝结，使离子电导率从PVA/LiCl的19.01 mS cm-1提高到新型电解质的56.17 mS cm-1。随着温度的降低，SiO2还能阻止阳离子与阴离子的结合，SiO2和拉伸的PVA链上丰富的羟基能调节双极性水分子之间的氢键。它们有效地扩大了PVA-SiO2/LiCl的工作温度范围。PVA-SiO2/LiCl大大提高了基于MnO2的超级电容器的电化学性能。本文提出的设计理念为高性能水凝胶电解质的开发开辟了道路。

图文简介

PVA-SiO2/LiCl作用机理

a ) PVA-SiO2-x/LiCl的紫外-可见吸收光谱；b ) PVA-SiO2-x/LiCl的XRD图谱；c ) PVA-SiO2-x/Li Cl的FT-IR谱图；d ) PVA-SiO2-x/LiCl的7Li - NMR谱图；e ) PVA-SiO2-x/LiCl和水的1H-NMR谱图；f ) PVA-SiO2-x/LiCl的拉曼光谱；g )拟合PVA-SiO2-x/LiCl中SSIP、CIP和AGG存在状态下的Cl -振动；h ) PVA-SiO2-x/LiCl/LiCl中不同Cl-存在状态的百分比。

PVA/LiCl a )和PVA-SiO2-2/LiCl b )的MD模拟快照和Li+的局部溶剂化结构(虚线框)；模拟了PVA/LiCl c)和PVA-SiO2-2/LiCl D )的RDFs；e ) PVA/LiCl和PVA-SiO2-2/LiCl中的氢键数；f ) PVA-水和PVA-SiO2-水的结合能；g ) PVA/LiCl和PVA-SiO2-2/LiCl中Li+- Cl-的结合能。

a ) PVA-SiO2-x/LiCl-M1在200 mV s-1时的CV曲线；b ) 100 mV s-1下PVA-SiO2-x/LiCl- M1的表面控制和扩散控制贡献比例；c ) PVA-SiO2-x/LiCl-M1在不同电流密度下的电容；d ) PVA-SiO2-x/LiCl-M1的电容保持率和电压降；e ) PVA-SiO2-x/LiCl-M1的相位角-频率曲线；f ) PVA-SiO2-x/LiCl-M1的EIS测试；g) PVA-SiO2-2/LiCl-Mm在不同电流密度下的电容；h ) PVA/LiCl-Mm和PVA-SiO2-2/LiCl-Mm的电容与电极层数的关系；i ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5和PVA/LiCl-M5的循环性能。

a ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5在20 mV s-1不同温度下的CV曲线；b ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5在不同温度下的倍率性能；c )不同温度下PVA-SiO2-2/LiCl-M5的Nyquist图；d ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5与已报道的抗冻型超级电容器电容保持率的比较；e ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5在- 40~80 °C之间反复加热-冷却-加热过程中的电容变化；f ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5在-40和80 °C下0.2 mA cm-2的循环性能；g ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5在不同温度下的能量密度与已报道的其他类型MSCs的比较；h ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5驱动的压力传感器在不同外加压力下的响应电流；i ) PVA-SiO2-2/LiCl-M5驱动的压力传感器在不同温度下对压力的响应。

论文信息

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来源：老何的科学课堂