商業化碳布（CC）具有高電導率、特殊的孔結構和高的機械柔性，被作為電活性物質的自支撐基質廣泛應用于各種儲能設備中。在碳布支撐的電極中，電活性材料通常只負載在碳布中碳纖維的表面，而無法填滿碳纖維束中的縫隙及碳纖維束之間的宏觀大孔隙。較低的碳布空間利用率會限制活性物質的負載量，導致電極的電化學性能較低。
為解決這一問題，湖南大學材料科學與工程學院鐘文斌教授課題組提出采用一步水熱法將具有3D多級多孔導電網絡結構的功能化石墨烯水凝膠(FGH)填滿CC的小縫隙和宏觀大孔隙（FGH/FCC），繼而通過原位聚合法將木質素/聚苯胺(Lig/PANI)水凝膠固定在FGH/FCC中，最終獲得一種新型的集成織物電極(Lig/PANI/FGH/FCC)。該Lig/PANI/FGH/FCC呈現較低的界面電阻及高的電導率，無需額外的集流體，即可被組裝成對稱超級電容器。以1 M H2SO4為電解質的超級電容器呈現優異的面積電容（1223 mF cm-2）、能量密度（169.9 μWhcm-2 at 2 mA cm-2）及循環穩定性。此外，所組裝的全固態超級電容器仍呈現具有競爭性的能量密度（160.6 μWh cm-2 at 1000 μW cm-2）和優異的柔性。這種將多級多孔導電網絡結構錨在宏觀大孔框架的設計為在大孔材料基電極中實現高負載量和低界面電阻開辟新的道路。
Lig/PANI/FGH/FCC集成電極的制備過程示意圖及其所組裝的柔性超級電容器的照片和電化學性能圖
該研究成果以“A new strategy for anchoring functionalized graphene hydrogel in carbon cloth network to support lignosulfonate/polyaniline hydrogel as integrated electrodes for flexible high areal-capacitance supercapacitor”為題發表在《Journal of Materials Chemistry A》(IF=9.931)上。文章的第一作者為博士研究生吳丹，通訊作者為鐘文斌教授。
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