Self-assembly of biomass-based hybrid hydrogel electrode for an additive-free flexible supercapacitor

doi:10.1039/D2TA03710F

論文編號: 523
期刊: Journal of Materials Chemistry A
影響因子: 14.511
中科院分區(qū): 1 區(qū)
發(fā)表年份: 2022
DOI: 10.1039/D2TA03710F
設(shè)備型號: XH-800S
作者單位: 青島科技大學(xué)；青島科技大學(xué) 化工學(xué)院生態(tài)化工國家重點實驗室培育基地；中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
Qingdao University of Science and Technology; State Key Laboratory Base of Eco-chemical Engineering, College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao, Shandong, PR China; Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao, Shandong, PR China
研究方向: 生物質(zhì)資源化；微波水熱合成；柔性超級電容器；木質(zhì)素基電極；雜化水凝膠儲能材料

事實快照

論文：無添加劑柔性超級電容器用生物質(zhì)雜化水凝膠電極的自組裝
設(shè)備：XH-800S
期刊與分區(qū)：Journal of Materials Chemistry A，中科院 1 區(qū)
關(guān)鍵結(jié)果：固態(tài)器件能量密度 13.4 W h kg-1；電容 94 F g-1
用途：可作為生物質(zhì)資源化；微波水熱合成；柔性超級電容器；木質(zhì)素基電極；雜化水凝膠儲能材料的論文證據(jù)頁。

研究摘要

作者針對造紙黑液木質(zhì)素資源化利用不足，以及木質(zhì)素基電極導(dǎo)電性弱、缺陷位點不足、循環(huán)穩(wěn)定性受限等問題，設(shè)計了黑液木質(zhì)素 BLs、氧化石墨烯 GO 與碳點 CDs 的雜化水凝膠體系。論文中，祥鵠 XH-800S 的核心作用是在微波水熱條件下驅(qū)動三元體系交聯(lián)自組裝，形成兼具導(dǎo)電骨架、含雜原子活性位點和良好潤濕性的柔性電極材料。結(jié)果表明，GO/BLs/CDs 在 1 M H2SO4 三電極體系中于 0.5 A g?1 下比電容達到 308 F g?1，是純 GO 的 2.5 倍；組裝成固態(tài)對稱器件后，在 0.5 A g?1 下電容為 94 F g?1，在 150 W kg?1 下能量密度達 13.4 W h kg?1，并可用于彎折和按壓響應(yīng)，展示出信號傳感與便攜儲能潛力。

研究背景與解決的問題

作者針對造紙黑液木質(zhì)素資源化利用不足，以及木質(zhì)素基電極導(dǎo)電性弱、缺陷位點不足、循環(huán)穩(wěn)定性受限等問題，設(shè)計了黑液木質(zhì)素 BLs、氧化石墨烯 GO 與碳點 CDs 的雜化水凝膠體系。

關(guān)鍵結(jié)果

固態(tài)器件能量密度 13.4 W h kg-1

電容 94 F g-1

指標	結(jié)果
固態(tài)器件能量密度	13.4 W h kg-1
電容	94 F g-1

機制/方法亮點

這篇論文的核心機理可以概括為“導(dǎo)電骨架 + 生物質(zhì)功能組分 + 碳點活性位點 + 微波水熱自組裝”的協(xié)同。 GO 作為層狀骨架，提供導(dǎo)電性和柔韌性。
BLs 抑制石墨烯片層團聚，并提高復(fù)合體系有序度，同時引入含硫官能團，增強贗電容貢獻。
CDs 提供電子豐富區(qū)域，促進石墨氮和含氮表面官能團形成，提升潤濕性并降低電荷轉(zhuǎn)移阻力。
多級孔結(jié)構(gòu)共同縮短離子擴散路徑，提升高倍率下的容量保持。
XH-800S 微波水熱步驟負責把上述組分快速整合為穩(wěn)定的雜化水凝膠結(jié)構(gòu)，為后續(xù)無添加電極和柔性器件性能打下基礎(chǔ)。

應(yīng)用價值

把造紙黑液木質(zhì)素從污染副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為柔性儲能電極功能組分，資源化主線明確。
利用 XH-800S 在 180 ℃、2 h 內(nèi)完成 GO/BLs/CDs 雜化水凝膠構(gòu)筑，工藝簡潔直接。
三電極體系下比電容達到 308 F g?1，固態(tài)器件能量密度達到 13.4 W h kg?1，結(jié)果兼顧材料層和器件層。
10,000 次循環(huán)后仍保持 93.5% 電容，且彎折條件下保持穩(wěn)定，適合柔性儲能傳播場景。
器件還能輸出可重復(fù)的按壓和彎折電流響應(yīng)，展示出儲能與信號傳感的雙重潛力。

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？

本研究使用 XH-800S。

研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？

該研究發(fā)表于 Journal of Materials Chemistry A（2022），使用 XH-800S 開展生物質(zhì)資源化；微波水熱合成；柔性超級電容器；木質(zhì)素基電極；雜化水凝膠儲能材料研究，關(guān)鍵結(jié)果包括固態(tài)器件能量密度 13.4 W h kg-1；電容 94 F g-1。

該研究發(fā)表在哪個期刊？

發(fā)表于 Journal of Materials Chemistry A，中科院 1 區(qū)。

引用信息
Self-assembly of biomass-based hybrid hydrogel electrode for an additive-free flexible supercapacitor
Journal of Materials Chemistry A, 2022
DOI: 10.1039/D2TA03710F