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Highly Durable, Self-Standing Solid-State Supercapacitor Based on an Ionic Liquid-Rich Ionogel and Porous Carbon Nanofiber Electrodes
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2017-09-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.7b07479 Silas K. Simotwo 1 , Parameswara Rao Chinnam 2 , Stephanie L. Wunder 2 , Vibha Kalra 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2017-09-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.7b07479 Silas K. Simotwo 1 , Parameswara Rao Chinnam 2 , Stephanie L. Wunder 2 , Vibha Kalra 1
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A high-performance, self-standing solid-state supercapacitor is prepared by incorporating an ionic liquid (IL)-rich ionogel made with 95 wt % IL (1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) and 5 wt % methyl cellulose, a polymer matrix, into highly interconnected 3-D activated carbon nanofiber (CNF) electrodes. The ionogel exhibits strong mechanical properties with a storage modulus of 5 MPa and a high ionic conductivity of 5.7 mS cm–1 at 25 °C. The high-surface-area CNF-based electrode (2282 m2 g–1), obtained via an electrospinning technique, exhibits hierarchical porosity generated both in situ during pyrolysis and ex situ via KOH activation. The porous architecture of the CNF electrodes facilitates the facile percolation of the soft but mechanically durable ionogel film, thereby enabling intimate contact between porous nanofibers and the gel electrolyte interface. The supercapacitor demonstrates promising capacitive characteristics, including a gravimetric capacitance of 153 F g–1, a high specific energy density of 65 W h kg–1, and high cycling stability, with a capacitance fade of only 4% after 20 000 charge–discharge cycles at 1 A g–1. Moreover, device-level areal capacitances for the gel IL cell of 122 and 151 mF cm–2 are observed at electrode mass loadings of 3.20 and 5.10 mg cm–2, respectively.
中文翻译：
基于富含离子液体的离子凝胶和多孔碳纳米纤维电极的高度耐用，自立式固态超级电容器
通过掺入富含离子液体（IL）的离子凝胶来制备高性能，自立式固态超级电容器，该离子凝胶由95 wt％的IL（1-乙基-3-甲基咪唑鎓双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺）和5 wt％的甲基纤维素，一种聚合物基质，进入高度互连的3-D活性炭纳米纤维（CNF）电极。离子凝胶具有很强的机械性能，在25°C时的储能模量为5 MPa，离子电导率为5.7 mS cm –1。基于CNF的高表面积电极（2282 m 2 g –1通过静电纺丝技术获得的）表现出在热解过程中原位产生和通过KOH活化在原位产生的分层孔隙率。CNF电极的多孔结构有利于柔软但机械耐用的离子凝胶薄膜的容易渗透，从而使多孔纳米纤维与凝胶电解质界面紧密接触。超级电容器展现出令人鼓舞的电容特性，包括153 F g –1的重量电容，65 W h kg –1的高比能量密度以及高循环稳定性，在20 000次充放电后电容衰减仅为4％在1 A g –1下循环。此外，122和151 mF cm –2的凝胶IL电池的器件级面电容分别在3.20和5.10 mg cm –2的电极质量载荷下观察到。
更新日期：2017-09-20
中文翻译：
基于富含离子液体的离子凝胶和多孔碳纳米纤维电极的高度耐用，自立式固态超级电容器
通过掺入富含离子液体（IL）的离子凝胶来制备高性能，自立式固态超级电容器，该离子凝胶由95 wt％的IL（1-乙基-3-甲基咪唑鎓双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺）和5 wt％的甲基纤维素，一种聚合物基质，进入高度互连的3-D活性炭纳米纤维（CNF）电极。离子凝胶具有很强的机械性能，在25°C时的储能模量为5 MPa，离子电导率为5.7 mS cm –1。基于CNF的高表面积电极（2282 m 2 g –1通过静电纺丝技术获得的）表现出在热解过程中原位产生和通过KOH活化在原位产生的分层孔隙率。CNF电极的多孔结构有利于柔软但机械耐用的离子凝胶薄膜的容易渗透，从而使多孔纳米纤维与凝胶电解质界面紧密接触。超级电容器展现出令人鼓舞的电容特性，包括153 F g –1的重量电容，65 W h kg –1的高比能量密度以及高循环稳定性，在20 000次充放电后电容衰减仅为4％在1 A g –1下循环。此外，122和151 mF cm –2的凝胶IL电池的器件级面电容分别在3.20和5.10 mg cm –2的电极质量载荷下观察到。
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