Суперконденсатор на основе полимерного бинарного композита политиофена и одиночного

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 11278 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1903 г.

9 цитат

Подробности о метриках

Целью данной работы является изготовление электрода суперконденсатора на основе нанокомпозитов поли(3-гексилтиофен-2,5-диил) (P3HT) и одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) с различным соотношением на лист графита в качестве подложки с широкий диапазон напряжений в неводном электролите. Изучены и обсуждены структурные, морфологические и электрохимические свойства полученных нанокомпозитов P3HT/SWCNT. Электрохимические свойства включали циклическую вольтамперометрию (ЦВА), гальваностатическую зарядку-разрядку (НОД) и электрохимическую импедансную спектроскопию (ЭИС). Полученные результаты показали, что нанокомпозит P3HT/SWCNTs обладает более высокой удельной емкостью, чем у его отдельного компонента. Высокие электрохимические характеристики нанокомпозита обусловлены формированием микропористой структуры, способствующей диффузии ионов и проникновению электролита в эти поры. Морфологические микрофотографии очищенных ОУНТ имели структуру бумажной бумаги, тогда как микрофотографии P3HT/SWCNT показали, что ОСУНТ появляются позади и спереди наносфер P3HT. Было обнаружено, что удельная емкость 50% ОСУНТ при 0,5 Ag-1 составляет 245,8 Фг-1 по сравнению с удельной емкостью чистого P3HT, равной 160,5 Фг-1.

С момента открытия проводящих полимеров, таких как поли (3-гексилтиофен) (P3HT), полипиррол и полианилин, многие ученые работали над поиском применения этих полимеров в качестве светоизлучающих диодов1,2, адсорбентов3,4, электрохромных устройств5, датчиков6 и суперконденсаторы7,8. Электрохимические суперконденсаторы как перспективные устройства хранения энергии обеспечивают низкую плотность энергии, высокую плотность мощности, высокую скорость зарядки-разрядки и длительный срок службы9,10. Суперконденсаторы (СК) или ультраконденсаторы относятся к конденсаторам с большой площадью поверхности электродов. SC могут собирать энергию за очень короткое время, чтобы обеспечить прилив энергии, когда требуется быстрая зарядка. В зависимости от механизма заряда и разряда суперконденсаторы подразделяются на электрические двухслойные суперконденсаторы (EDLC), псевдосуперконденсаторы (PSC) и гибридные суперконденсаторы. EDLC также называют электростатическими конденсаторами, и накопление заряда в EDLC происходит на границе раздела электрод/электролит посредством механизма адсорбции электростатического заряда11,12. Удельная емкость этого типа зависит от удельной площади поверхности, размера пор, формы пор, морфологии и электропроводности. В PSC заряды накапливаются посредством быстрых и обратимых окислительно-восстановительных или фарадеевских реакций, происходящих на оксидах металлов или проводящих полимерах. Обратимые окислительно-восстановительные реакции, происходящие на поверхности электродных материалов, производят более высокую плотность энергии по сравнению с EDLC10,13,14.

Среди материалов PSC перспективными материалами в качестве электродов SC являются проводящие полимеры и оксиды переходных металлов. P3HT, полипиррол и полианилин интересны в области хранения энергии из-за их электрохимической обратимости, легирования-дедопирования в процессе заряда-разряда и высокой электропроводности9,15. P3HT как растворимый проводящий полимер подходит для изготовления электродов суперконденсаторов из-за его свойств псевдосуперемкости, уникальной электропроводности и высокой плотности энергии16. Кроме того, P3HT в сочетании с углеродными наноструктурами может накапливать заряд в двойном электрическом слое, образующемся на границе раздела электрод/электролит. Однако набухание и усадка P3HT в электролитах приводят к механической деградации17,18,19.

Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) и многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) используются в качестве электродов для суперконденсаторов из-за их уникальной полой структуры, электронной проводимости, термической стабильности и механической прочности20,21. Было предпринято много усилий для изготовления электродов из P3HT/SWCNT из-за их высокой удельной площади поверхности, которая может полностью подвергать воздействию электролита либо базальные плоскости графита, либо краевые плоскости22,23,24,25. Дибар и др. подготовили тройные нанокомпозитные электроды для суперконденсаторов графен/ОУНТ/поли(3-метилтиофен) и достигли удельной емкости 551 Ф/г с небольшим диапазоном напряжений от 0 до 0,8 В23. Чжоу и др. привили и изготовили поли(3-олиго(этиленоксид))тиофен на электрод суперконденсатора из ОУНТ в отрицательном окне от -0,9 до -0,1 В и получили удельную емкость 399 Ф/г25.