Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ngăn cách cellulose tái sinh với độ ổn định nhiệt tốt được chế biến qua quá trình nghịch đảo pha cho siêu tụ điện hiệu suất cao
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, các phim cellulose xốp tái sinh đã được chuẩn bị hợp lý bằng cách hòa tan các khối lượng cellulose khác nhau (4%, 6%, 8%) trong dung môi LiCl/DMAc thông qua một quá trình nghịch đảo pha đơn giản và được sử dụng làm màng ngăn (CLD-4, CLD-6, CLD-8) cho các siêu tụ điện lắp ráp (ABSC-4, ABSC-6, ABSC-8). Cuộc điều tra về các khối lượng cellulose khác nhau cho thấy phim CLD-8 cho thấy sự tương tác liên kết hydro mạnh mẽ hơn, độ ổn định nhiệt cao hơn và độ bền kéo tốt hơn. Ngoài ra, CLD-8 có tính ưa nước tốt (101.1°), độ xốp cao (58.43%) và khả năng hấp thụ điện phân (329.30%). Hơn nữa, các phim cellulose khác nhau làm màng ngăn đã được sử dụng cho việc lắp ráp siêu tụ điện. So với ABSC-4 và ABSC-6, ABSC-8 cho thấy điện trở dòng điện tương đương thấp hơn 0.37Ω, hiệu suất sạc-xả cao hơn 98.87% tại 1 A/g, và điện dung diện tích là 1.16 F/cm² tại 5 mV/s. ABSC-8 cũng cho thấy khả năng giữ điện tích tốt hơn 92.09% sau 4000 chu kỳ ở 1 A/g. Do đó, phim CLD-8 có tiềm năng được sử dụng làm màng ngăn cho siêu tụ điện. Hơn nữa, phân tích so sánh của các siêu tụ điện lắp ráp bằng màng ngăn CLD-8 và hai màng ngăn thương mại đã được thực hiện. Kết quả cho thấy ABSC-8 có giá trị cao hơn 25.94 Wh/kg tại 0.5 A/g với mật độ công suất là 0.36 kW/kg, độ sụt điện áp thấp hơn 0.02 V tại 1.0 và 3.0 A/g, điện dung riêng cao hơn 123 F/g tại 0.5 A/g. Hơn nữa, ABSC-8 duy trì các cấu hình gần chữ nhật và tam giác đối xứng của các đường cong CV và GCD trong khoảng 0–1 và 0–1.5 V, tương ứng, cho thấy tính ứng dụng của một khoảng cửa sổ điện áp làm việc rộng. Những kết quả này cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc sử dụng toàn diện phim cellulose tự nhiên và phân hủy sinh học được chuẩn bị qua quá trình nghịch đảo pha đơn giản làm màng ngăn cho siêu tụ điện.
Từ khóa
#cellulose #siêu tụ điện #ổn định nhiệt #nghịch đảo pha #phim xốpTài liệu tham khảo
P. Tang, L. Han, L. Zhang, Facile synthesis of graphite/PEDOT/MnO2 composites on commercial supercapacitor separator membranes as flexible and high-performance supercapator electrodes. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 10506–10515 (2014)
C. Wang, X. Wang, H. Lu, H. Li, X.S. Zhao, Cellulose-derived hierarchical porous carbon for high-performance flexible supercapacitors. Carbon 140, 139–147 (2018)
Z. Peng, Y. Zou, S. Xu, W. Zhong, W. Yang, High-performance biomass-based flexible solid-state supercapacitor constructed of pressure-sensitive lignin-based cellulose hydrogels. ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 22190–22200 (2018)
H. Zhang, X. Wang, Y. Liang, Preparation and characterization of a lithium-ion battery separator from cellulose nanofibers. Heliyon 1, e00032 (2015)
K. Sun, D.A. Juarez, H. Huang, E. Jung, S.J. Dillon, Aqueous lithium-ion batteries on paper substrates. J. Power Sources 248, 582–587 (2014)
C. Wan, Y. Jiao, J.A. Li, Cellulose fibers-supported hierarchical forest-like cuprous oxidecopper array architecture as a flexible and free-standing electrode for symmetric supercapacitors. J. Mater. Chem. A 5, 17267–17278 (2017)
Y. Ma, X.L. Xie, R.H. Lv, B. Na, J.B. OuYang, H.S. Liu, Nanostructured polyaniline–cellulose papers for solid-state flexible aqueous Zn-ion Battery. ACS. Sustain. Chem. Eng. 6, 8697–8703 (2018)
B. Chang, J. Chen, M.G. Z, X.J. Z, W.W. Prof, B.D. Prof, S.H. Prof, Y.S. He, Three-dimensional graphene-based N-doped carbon composites as high-performance anode materials for sodium-ion batteries. Chem-Asian. J. 13, 3859–3864 (2018)
J. Fei, Y.L. Cui, J.Y. Li, Z.W. Xu, J. Yang, R.Y. Wang, Y.Y. Cheng, J.F. Hang, A flexible Sb2-O3/carbon cloth composite as free-standing high performance anode for sodium-ion batteri-es. Chem. Commun. 53, 13165–13167 (2017)
T. Zhang, L. Yang, X. Yan, X. Ding, Recent advances of cellulose-based materials and their promising application in sodium-ion batteries and capacitors. Small 14, 1802444 (2018)
L. Li, F.X. Lu, C. Wang, F.L. Zhang, W.H. Liang, S.G. Kuga, Z.C. Dong, Y. Zhao, Y. Huang, M. Wu, Flexible double-cross-linked cellulose-based hydrogel and aerogel membrane for supercapacitor separator. J. Mater. Chem. A 6, 24468–24478 (2018)
H. Zhu, W. Luo, P.N. Ciesielski, Z.Q. Fang, J.Y. Zhu, G. Henriksson, M.E. Himmel, L.B. Hu, Wood-derived materials for green electronics, biological devices, and energy applications. Chem. Rev. 116, 9305–9374 (2016)
N. Pavlin, S.L. Hribernik, G. Kapun, S.D. Talian, C.N. Dedryvere, R. Dominko, The role of cellulose based separator in lithium sulfur batteries. J. Electrochem. Soc. 166, 5237–5243 (2018)
S. Taira, M. Kurihara, K. Koda, K. Sugimura, Y.Y. Nishio, Y. Uraki, Tempo-oxidized cellulose nanofiber-reinforced lignin based polyester films as a separator for electridouble-layer capacitor. Cellulose 26, 569–580 (2018)
X. Sun, C.T. Mei, A.D. French, S.Y. Lee, Y. Wang, Q.L. Wu, Surface wetting behavior of nanocellulose-based composite films. Cellulose 25, 5071–5087 (2018)
Z. Wang, Y.S. Xie, C.H. Xu, S.Y. Shi, L. Wang, G.H. Zhang, X.Q. Wang, L.Y. Zhu, D. Xu, Zirconia fiber membranes based on PVDF as high-safety separators for lithium-ion batteries using a papermaking method. J. Solid State Electron. 23, 269–276 (2018)
Q. Xu, Q.S. Kong, Z.H. Liu, X.J. Wang, R.Z. Liu, L.P. Yue, Y.L. Duan, G.L. Cui, Cellulose/polysulfonamide composite membrane as a high performance lithium-ion battery sepa-rator. ACS. Sustain. Chem. Eng. 2, 194–199 (2013)
T. FO’Connor, A.V. Zaretski, S. Savagatrup, A.D. Printz, C.D. Wilkes, M. Diaz, E.J. Sawyer, D.J. Lipomiet, Wearable organic solar cells with high cyclic bending stability: materials selection criteria. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 144, 438–444 (2016)
F. Du, R.C. Scogna, W. Zhou, S. Brand, J.E. Fischer, K.I. Wineyet, Nanotube network in polymer nanocomposites:rheology and electrical conductivity. Macromolecules 37, 9048–9055 (2004)
H. Wang, X.Y. Shen, G.X. Tian, X.S.,W. Huang, Y. Guang, W.L. Sun, C. Peng, S.S. Liu, Y. Huang, X.Y. Chen, F. Zhang, Y.J. Chen, W.L. Ding, Z.B. Lu, Ampkα2 deficiency exacerbates long-term PM2.5 exposure-induced lung injury and cardiac dysfunction. Free Radical Bio. Med. 121, 202–214 (2018)
M. Yu, J. Li, L. Wang, KOH-activated carbon aerogels derived from sodium carboxymethcellulose for high-performance supercapacitors and dye adsorption. Chem. Eng. J. 31, 300–306 (2017)
X. Yang, L. Kong, J. Ma, X. Liu, Facile construction of hierarchically porous carbon nanofiber aerogel for high-performance supercapacitor. J. Appl. Electrochem. 49, 241–250 (2018)
C. Wan, J. Li, Cellulose aerogels decorated with multi-walled carbon nanotubes: preparation, characterization, and application for electromagnetic interference shielding. Front. Chem. Sci. Eng. 2, 341–346 (2015)
Y. Yang, Z. Tong, T. Ngai, C. Wang, Nitrogen-rich and fire-resistant carbon aerogels for the removal of oil contaminants from water. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 6351–6360 (2014)
Z. Yang, J. Ren, Z.T. Zhang, X.L. Chen, G.Z. Guan, L.B. Qiu, Y. Zhang, H.S. Peng, Recent advancement of nanostructured carbon for energy applications. Chem. Rev. 115, 5159–5223 (2015)
Q. Yao, H. Wang, C. Wang, C. Jin, Q. Sun, One step construction of nitrogen–carbon derived from bradyrhizobium japonicum for supercapacitor applications with a soybean leaf as a separator. ACS. Sustain. Chem. Eng. 6, 4695–4704 (2018)
Z. Du, Y.Z. Su, Y.Y. Qu, L.Z. Zhao, X.B. Jia, Y. Mo, F. Yu, J. Du, Y. Chen, A mechanically robust, biodegradable and high performance cellulose gel membrane as gel polymer electrolyte of lithium-ion battery. Electrochem. Acta 299, 19–26 (2019)
L. Yue, Y.J. Xie, Y.D. Zheng, W. He, S.L. Guo, Y. Sun, T. Zhang, S. Liu, Sulfonated bacterial cellulose/polyaniline composite membrane for use as gel polymer electrolyte. Compos. Sci. Technol. 145, 122–131 (2017)
W. Chen, L.P. Zhang, C.T. Liu, X.M. Feng, J.M. Zhang, L.Q. Guan, L.W. Mi, S.Z. Cui, Electrospun flexible cellulose acetate-based separators for sodium-ion batteries with ultralong cycle stability and excellent wettability: the role of interface chemical groups. ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 23883–23890 (2018)
S. Wang, D. Zhang, Z. Shao, S. Liu, Cellulosic materials-enhanced sandwich structure-like separator via electrospinning towards safer lithium-ion battery. Carbohydr. Polym. 214, 328–336 (2019)
A. Fujishima, K. Honda, Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature 238, 37–38 (1972)
A. Razaq, L. Nyholm, M. Sjödin, M. Strømme, A. Mihranyan, Paper-based energy-storage devices comprising carbon fiber-reinforced polypyrrole-cladophora nanocellulose composite electrodes. Adv. Energy Mater. 2, 445–454 (2012)
Y. Li., G.Y. Ren, Z.Q. Zhang, C. Teng, Y.Z. Wu, X.Y. Lu, Y. Zhu, L. Jiang, A strong and highly flexible aramid nanofibers/PEDOT:PSS film for all-solid-state supercapacitors with superior cycling stability. J. Mater. Chem. A 4, 17324–17332 (2016)
J. Luo, F.R. Fan, T. Jiang, Z.W. Wang, W. Tang, C.P. Zhang, M.M. Liu, G.Z. Cao, Z.L. Wang, Integration of micro-supercapacitors with triboelectric nanogenerators for a flexible self-charging power unit. Nano Res. 8, 3934–3943 (2015)
R. Pan, O. Cheung, Z.H. Wang, P. Tammela, J.X. Huo, J. Lindh, K. Edströma, M. Strømme, L. Nyholma, Mesoporous cladophora cellulose separators for lithium-ion batteries. J. Power Sources 321, 185–192 (2016)
H. Wang, H. Gao, A sandwich-like composite nonwoven separator for lion batteries electrochim. Acta 215, 525–534 (2016)
A. Sharma, A.K. Rath, Improved performance and reproducibility of perovskite solar cells by jointly tuning the hole transport layer and the perovskite layer deposition. J. Mater. Sci. 29, 12652–12661 (2018)
X. Zhong, J. Tang, L.J. Cao, W.G. Kong, Z. Sun, H. Cheng, Z.G. Lua, H. Pan, B.M. Xu, Cross-linking of polymer and ionic liquid as high-performance gel electrolyte for flexible solid-state supercapacitors. Electrochim. Acta 244, 112–118 (2017)
C.M. Costa, H.M. Rodrigues, A. Gören, P.V. Machado, P.M. Silva, P.S. Lanceros-Ménde, Preparation of poly(vinylidene fluoride) lithium-ion battery separators and their compatibilization with lonic liquid-A green solvent approach. ChemistrySelect 2, 5394–5402 (2017)
H. Xu, X.L. Hu, Y.M. Sun, H.L. Yang, X.X. Liu, Y.H. Huang, Flexible fiber-shaped sup-ercapacitors based on hierarchically nanostructuredcomposite electrodes. Nano Res. 8, 1148–1158 (2014)
L. Cao, M.Y. Yang, D. Wu, F.C. Lyu, Z.F. Sun, X.W. Zhong, H. Pan, H.T. Liu, Z.G. Lu, Biopolymer-chitosan based supramolecular hydrogels as solid state electrolytes for electroche-mical energy storage. Chem. Commun. 53, 1615–1618 (2017)