Artículo de método

Síntesis de un electrolito de polímero de gel para supercondensadores, ensamblaje de un supercondensador utilizando una pila de botón y medición del rendimiento del electrolito de gel

DOI:

10.3791/64057

⸱

30 de noviembre de 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Chemical Engineering and Materials Science, Department of Intelligent Energy and Industry, Department of Advanced Materials Engineering, Chung-Ang University, 2School of Energy, Materials and Chemical Engineering, Korea University of Technology and Education

En este artículo

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Presentamos un protocolo para probar las propiedades electroquímicas y físicas de un electrolito polimérico en gel de supercondensador utilizando una pila de botón.

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los supercondensadores (SC) han atraído la atención como dispositivos de almacenamiento de energía debido a su alta densidad y rendimiento de ciclo largo. Los SC utilizados en dispositivos que funcionan en sistemas estirables requieren electrolitos estirables. Los electrolitos poliméricos en gel (GPE) son un sustituto ideal de los electrolitos líquidos. El alcohol polivinílico (PVA) y el fluoruro-co-hexafluoropropileno de polivinilideno (PVDF-HFP) se han aplicado ampliamente como electrolitos basados en matriz polimérica para supercondensadores debido a su bajo costo, químicamente estable, amplio rango de temperatura de funcionamiento y altas conductividades iónicas. En este artículo, describimos los procedimientos para (1) sintetizar un electrolito de polímero en gel con PVA y PVDF-HFP, (2) medir la estabilidad electroquímica de los electrolitos de polímero en gel mediante voltamperometría cíclica (CV), (3) medir la conductividad iónica de los electrolitos de polímero en gel mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), (4) ensamblar celdas de botón simétricas utilizando electrodos de carbón activado (CA) con los electrolitos de polímero de gel basados en PVA y PVDF-HFP, y (5) la evaluación del rendimiento electroquímico mediante análisis galvanostático de carga-descarga (GCD) y CV a 25 °C. Además, describimos los desafíos y los conocimientos obtenidos de estos experimentos.

Introducción

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los SC flexibles han crecido rápidamente en los últimos años para la fabricación de productos electrónicos con pantallas extensibles y dispositivos de energía portátiles. Las SC flexibles suelen estar formadas por electrodos flexibles1, separadores2 y el electrolito3 en un conjunto flexible. Por lo tanto, los GPE son la estructura más efectiva debido a su flexibilidad4, naturaleza libre de separadores, conductividad iónica relativamente alta5 y capacidad de formación de película delgada6.

Para preparar las matrices poliméricas de los GPE, en los últimos años se han desarrollado materiales como el polimetilmetacrilato (PMMA), PVDF-HFP y PVA. El PVA y el PVDF-HFP se han aplicado especialmente como electrolitos basados en matriz polimérica para SC debido a su bajo costo, químicamente estable, amplio rango de temperatura de funcionamiento y altas conductividades iónicas a temperatura ambiente (RT).

En este trabajo, describimos un método sintético para dos materiales representativos de la matriz polimérica, PVA7 y PVDF-HFP, y la caracterización electroquímica del electrolito en gel basado en el material de la matriz polimérica. En resumen, ilustramos la síntesis general, los métodos de procesamiento de materiales y los métodos de evaluación del rendimiento empleados para fabricar SC estirables.

Para su aplicación en SC flexibles, los electrolitos poliméricos deben exhibir las siguientes propiedades: (1) alta conductividad iónica a temperatura ambiente, (2) alta estabilidad química y electroquímica, (3) buenas propiedades mecánicas de estabilidad dimensional y (4) suficiente procesabilidad de película delgada. Estas características se confirmaron mediante EIS, CV y ensayos de tracción. Las mediciones de EIS y CV se llevaron a cabo utilizando una pila de botón. En primer lugar, se estimó la conductividad iónica del electrolito basado en la matriz polimérica de acuerdo con la ecuación utilizando la impedancia. En segundo lugar, se estimaron las estabilidades químicas y electroquímicas del electrolito basado en matriz polimérica mediante las pruebas CV y GCD. Las estabilidades de los electrolitos basados en la matriz polimérica se demostraron mediante el control del rango de voltaje probado por el CV. En tercer lugar, se evaluaron las propiedades mecánicas de los electrolitos basados en la matriz polimérica mediante la realización de pruebas de tracción.

Se fabricó una pila de botón utilizando electrolitos basados en matriz polimérica de PVA y PVDF-HFP con celdas simétricas de CA. Se evaluaron las prestaciones de los dos supercondensadores de celda de botón diferentes a 25 °C. Debido a que este trabajo involucra principalmente electrolitos basados en matriz polimérica de PVA y PVDF-HFP, el resto de este documento se centra en estos electrolitos. A continuación se describen los procedimientos detallados de estos experimentos, las dificultades en la ejecución y los conocimientos obtenidos de estos experimentos.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Protocolo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Síntesis de electrolitos basados en matriz polimérica PVA y PVDF-HFP

NOTA: Al manipular metanol, es mejor evitar la exposición directa tanto como sea posible.

  1. Síntesis de electrolitos basada en matriz polimérica PVA
    1. Disolver el PVA (1 g) (Mw 146.000-186.000) en agua bidestilada (10 mL) en un baño de agua a 90 °C y agitar a 500 rpm hasta obtener una solución clara. A continuación, añadir H3PO4 (1 mL) a la solución caliente con agitación constante a RT durante 24 h.
    2. Vierta el electrolito de polímero estirable en una placa de Petri de vidrio y séquelo durante la noche en un horno de vacío a 40 °C.
      NOTA: El grosor del GPE formado debe ser de aproximadamente 1 mm.
    3. Despegue las películas secas de los moldes y córtelas en muestras de 19 mm para realizar pruebas adicionales.
  2. Síntesis de electrolitos basada en matriz polimérica PVDF-HFP
    1. Prepare un electrolito de polímero en gel utilizando el método de fundición en solución. En primer lugar, disuelva PVDF-HFP (MW 400.000) (3 g) en dimetilformamida (DMF, 15 mL) con un recipiente con tapa a RT y agite a 500 rpm durante 3 h hasta que se forme una solución homogénea y de baja viscosidad.
    2. Añadir éter diglicidílico de bisfenol-A (DEBA; 1 g), poli (etilenglicol), éter diglicidílico (PEGDE; 3 g) y diaminopoli-óxido de propileno (DPPO; 8 g) a la solución preparada en el paso 1.2.1 y agitar a 500 rpm constantemente a temperatura ambiente durante 6 h.
    3. Vierta la mezcla resultante en una placa redonda de politetrafluoroetileno o en una placa de Petri de plástico y caliéntela en un horno de vacío a 80 °C durante 24 h para evaporar la solución de DMF y proporcionar el GPE deseado.
    4. Enfriar el GPE resultante a RT, lavarlo tres veces con metanol utilizando una centrífuga a 12.329 × g durante 5 minutos para eliminar el monómero sin reaccionar, y secar al vacío durante 12 h a 60 °C.
      NOTA: El espesor del electrolito de polímero en gel formado es de aproximadamente 100 μm. El electrolito de polímero en gel resultante mostró excelentes propiedades mecánicas cuando la relación en peso de PEGDE:DEBA:DPPO se optimizó a 3:1:8 y el contenido de PVDF-HFP se optimizó al 20% en peso.
    5. Prepare los GPEs sintetizados sumergiendo las membranas porosas en un electrolito líquido (1 M LiPF6 en EC/DMC = 1/1, v/v) durante 24 h en una guantera llena de argón.
      NOTA: La absorción de electrolitos líquidos después del remojo durante 24 h fue de aproximadamente el 350 % en peso.

2. Caracterización de las GPEs

  1. Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)
    NOTA: Recomendamos utilizar un accesorio de reflexión total atenuada (ATR) deslizante con el espectrómetro FTIR para recopilar espectros FTIR resueltos espacialmente (alta resolución espacial de ~ 10 μm2) de la interacción entre los electrolitos basados en la matriz polimérica.
    1. Seleccione una muestra con las dimensiones adecuadas para el microscopio FTIR a fin de garantizar espectros de alta calidad utilizando el accesorio ATR-FTIR.
    2. Calibre el FTIR y tome las mismas medidas de muestra en el rango de 500-4500 cm-1 con una resolución de 5 cm-1 . Este proceso incluye enfriar el detector y dejar tiempo suficiente para la estabilización.
    3. Recoja un espectro de fondo adecuado para restar del espectro de muestra.
    4. Dependiendo del objetivo apropiado, seleccione el área de interés y concéntrese en la misma área para el análisis.
    5. Después de determinar el área de interés, conecte el accesorio ATR al objetivo del microscopio FTIR. Baje el accesorio ATR hasta que entre en contacto con la muestra y, a continuación, recoja el espectro de la muestra.
    6. Realice el procesamiento de datos después de recopilar los espectros FTIR.
  2. Difracción de rayos X (XRD)
    1. Moler el polvo de la muestra con un mortero de ágata. Luego, deposite el polvo en el portamuestras del difractómetro de rayos X para llenar el orificio hasta que se desborde y presione para formar una superficie uniforme y lisa. Los parámetros instrumentales del análisis XRD se describen en las referencias 8,9.
    2. Antes de medir los patrones XRD de tipo película de la muestra, mantenga el electrolito basado en matriz polimérica lo más plano posible en el soporte. Los parámetros instrumentales del análisis XRD fueron los mismos que los descritos en el paso 2.2.1.

3. Preparación del electrodo de CA compuesto

  1. Prepare un electrodo compuesto en polvo mezclando CA, carbono conductor y aglutinante de PTFE en una proporción de masa de 8:1:1 usando un mortero hasta que se convierta en una masa. Agregue una gota de isopropanol (IPA; 0.1-0.2 mL) a la masa y extienda la mezcla repetidamente para mezclarla bien.
  2. Enrolle la masa con un rodillo para lograr el grosor deseado (~ 100 mm) y construya electrodos de CA con un radio de 14 mm.
  3. Seque el electrodo de CA en un horno a 80 °C durante 24 h para evaporar completamente el IPA.

4. Preparación y prueba de celdas de botón

  1. Calentar 15 mL de H3PO4-PVA a 80 °C y sumergir los electrodos de CA en esta solución durante 10 min. Después del proceso, seque los electrodos en una campana durante 4 h para que se evapore el agua.
  2. Presione los dos electrodos de CA cara a cara con el electrolito de polímero colocado en el medio para formar una estructura sándwich.
  3. Del mismo modo, para preparar la pila de botón que contiene el gel PVDF-HFP, ensamble la celda simétrica de CA utilizando el electrolito empapado en el paso 4.1
    NOTA: La Figura 3 muestra un esquema del ensamblaje de la pila de moneda.
  4. Para preparar las celdas de moneda para la prueba, cierre la celda de moneda 2032 con una tapa de celda y engarce dos o tres veces con una máquina prensadora manual.

5. Métodos de prueba EIS, CV y GCD para los GPE de PVA y PVDF-HFP

NOTA: Los potenciostatos constan de un sensor de trabajo (WS), un electrodo de trabajo (WE), un electrodo de referencia (RE) y un contraelectrodo (CE).

  1. Antes de probar el sistema de dos electrodos, combine la línea WS con la línea WE, que funciona como WE, y la línea RE con la línea CE, que funciona como CE.
  2. A continuación, inserte la pila de botón en el soporte utilizado para la prueba electroquímica y conecte la línea WE y la línea CE en ambos lados.
    NOTA: Todas las pruebas se realizaron utilizando las celdas de moneda que se prepararon.
  3. Prueba EIS
    NOTA: El paso de "Tiempo de descanso" es necesario para estabilizar la celda antes de la prueba EIS. El programa Smart Management 6 se utiliza para establecer la secuencia y medir el resultado electroquímico.
    1. Ejecute el programa y configure el archivo de secuencia del experimento de medición EIS.
    2. Haga clic en la opción Experimento para generar un nuevo archivo y luego haga clic en el botón Agregar para generar el primer paso.
    3. A continuación, establezca los parámetros de tiempo de reposo del archivo de secuencia. Establezca la pestaña Control como Constante. Establezca el Tipo, el Modo y el Rango en la pestaña Configuración como PSTAT, Detención del temporizador y Automático, respectivamente.
    4. Realice mediciones de impedancia complejas utilizando un sistema EIS en el rango de frecuencia de 100 kHz-0,01 Hz.
    5. Haga clic en el botón Agregar para generar el siguiente paso.
    6. Haga clic en el botón Control y configúrelo como EIS; para la Configuración, establezca el Tipo, el Modo y el Rango como PSTAT, LOG y AUTO, respectivamente.
    7. Realice el EIS a 100 kHz-0,01 Hz. Para ello, establezca el valor inicial (Hz) y el medio (Hz) en el mismo valor, 100 x 103, y el valor final (Hz) en 1 x 10-2. Establezca los valores de Sesgo (V) en 400 x 10-3. A continuación, haz clic en el botón Ref y establécelo como Eref.
    8. La señal resultante debe mostrar una respuesta lineal a la señal aplicada. Por lo tanto, establezca la amplitud (Vrms) en 10 x 10-3.
    9. Establezca la densidad y la iteración en 10 y 1, respectivamente, para este experimento.
    10. Haga clic en el botón Guardar como para guardar el archivo para la prueba EIS.
    11. Haga clic en Aplicar a CH y ejecute el archivo para la prueba EIS para obtener los resultados.
  4. Prueba CV
    NOTA: En este caso, el voltaje de funcionamiento depende del solvente utilizado para preparar el GPE.
    1. Ejecute el programa para generar el archivo de secuencia.
    2. Haga clic en Experimento para generar un nuevo archivo y, a continuación, haga clic en el botón Agregar para generar el primer paso.
    3. Establezca los parámetros del archivo de secuencia: Control como SWEEP, Tipo, Modo y Rango en Configuración como PSTAT, CYCLIC y AUTO, respectivamente, Ref como Eref, Inicial (V) y Medio (V) como 0.0 y Final (V) como 800 x 10-3.
    4. Realice CV a velocidades de exploración de 5, 10, 20, 50 y 100 mV/s. Para ello, cree cinco pasos idénticos y establezca la velocidad de escaneo (V/s) en 5 x 10-3, 10 x 10-3, 20 x 10-3, 50 x 10-3 y 100 x 10-3 para las velocidades de escaneo mencionadas anteriormente. Establezca los demás valores de los parámetros como los mismos que los del paso 5.4.3.
      1. En cada velocidad de exploración, establezca el valor de Tiempo de silencio en 0 y Segmentos en 21. Se utilizó la fórmula "2n+1" (n es el número de ciclos deseados) para determinar el valor de los segmentos. Para la condición de corte , el elemento se estableció como Fin de paso y Ir siguiente como Siguiente.
      2. En la configuración Varios, establezca el Valor del elemento como Tiempo(s) y OP como >=. El valor delta expresa las condiciones para la recopilación de datos. Para recopilar casi 300 puntos de datos en cada velocidad de examen, establezca el valor delta en 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 y 0,0625.
      3. Para la prueba de estabilidad de ciclo, establezca la velocidad de escaneo (V/s) en 100 x 10-3 y establezca Segmentos como 2001 para la prueba de 1000 ciclos. Establezca los demás valores de los parámetros como los del paso 5.4.4.2.
    5. Para guardar el archivo de secuencia para la prueba CV, haga clic en el botón Guardar como .
    6. Haga clic en Aplicar a CH y ejecute el archivo de secuencia de la prueba CV para obtener los resultados.
  5. Prueba GCD
    1. Ejecute el programa como se mencionó en el paso 5.3.1 y cree un nuevo archivo para la prueba de GCD.
    2. Haga clic en Experimento para generar un nuevo archivo y, a continuación, haga clic en el botón Agregar para generar el primer paso.
    3. Establezca los parámetros del archivo de secuencia. Establezca el control como constante. Establezca el Tipo, el Modo y el Rango en Configuración como GSTAT, Normal y Automático, respectivamente. La prueba GCD comienza con una carga.
    4. Establezca Ref. como cero. El valor de corriente (A) depende de la densidad de corriente y el peso del electrodo. Se seleccionó una densidad de corriente de 1 mA/g para la prueba de GCD.
      1. Para la condición de corte, haga clic en Elemento y configúrelo como Voltaje. Establezca OP como >=, Valor Delta como 800 x 10-3 y Ir a siguiente como Siguiente. Para la configuración Varios, establezca el Elemento como Tiempo(s), OP como >= y Valor Delta como 1.
    5. Haga clic en el botón Agregar para crear el siguiente paso (paso de descarga).
      NOTA: Este paso se establece igual que el paso de carga, pero la dirección actual es diferente.
      1. Para la descarga, el valor de la corriente es el mismo que el flujo de carga, pero la dirección de la corriente es la opuesta. Establezca el valor de Current(A) para que sea el mismo que el paso 5.5.4, que es un paso de carga.
      2. Para la condición de corte , establezca el elemento como voltaje, OP como <=, el valor delta como 0 y Ir a siguiente como siguiente. Para la configuración Varios, establezca el Elemento como Hora(s), OP como >= y Valor Delta como 1.
    6. Haga clic en el botón Agregar para crear el siguiente paso (paso de bucle).
      1. Establezca el Bucle Control como y, en Configuración, establezca el Tipo como Ciclo e Iteración como 21.
      2. Para la Condición-1 de la condición de corte , establezca el Elemento en la Lista 1 como Bucle Siguiente. Para cada densidad de corriente, establezca Ir siguiente como SETP-2 para 1 mA/g.
    7. Haga clic en el botón Guardar como para guardar el archivo de secuencia de la prueba GCD.
    8. Haga clic en Aplicar a CH y ejecute el archivo de secuencia de la prueba GCD para obtener los resultados.

6. Prueba de gel elástico

  1. Prepare películas de gel de forma rectangular con dimensiones de 1 cm × 10 cm, y repita los siguientes pasos al menos dos veces con diferentes muestras para obtener un valor razonable.
  2. Fije la muestra preparada entre dos mordazas de la máquina de ensayo de tracción. En este estudio la distancia se fijó en 5 cm.
  3. Establezca el valor de espacio deseado ajustando el botón para bajar el agarre en la parte superior.
  4. Ejecute el programa para generar el archivo de secuencia.
    1. Elija el método de prueba. En este caso, se seleccionó la prueba de tensión-deformación.
    2. A continuación, elija el número de pruebas y aplique el número seleccionado. A continuación, compruebe las condiciones de ensayo y ajuste la velocidad de estiramiento a 50 mm/min.
    3. Guarde el archivo y aplíquelo al programa. A continuación, haga clic en el botón Inicio .

7. Prueba de deformación de gel estirable

  1. Prepare películas de gel de forma rectangular con dimensiones de 1 cm × 10 cm y repita la prueba dos veces.
  2. Fije la muestra preparada entre dos mordazas de la máquina de ensayo de tracción con un espacio de 5 cm.
  3. Ejecute el programa para generar el archivo de secuencia.
    1. Elija el método de prueba. Aquí, seleccione la prueba de tensión-deformación.
    2. Seleccione el número de ensayos y aplique el número seleccionado. Luego, verifique las condiciones de prueba, establezca la velocidad de estiramiento en 50 mm / min y el desplazamiento en 10 mm. Repita este procedimiento 10 veces.
    3. Guarde el archivo y aplíquelo al programa. A continuación, haga clic en el botón Inicio .

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Resultados

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

El PVA se aplicó ampliamente como electrolito a base de matriz polimérica para SC porque es biodegradable, económico, químicamente estable y no tóxico, tiene un amplio rango de temperatura de funcionamiento y tiene una capacidad de formación de película transparente10,11. El PVA mejora la conductividad iónica debido a sus grupos hidroxilo que absorben agua12. En este estudio, preparamos el electrolito en gel a base de PVA mezclando H3...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Discusión

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nuestro enfoque para el desarrollo de SCs estirables implicó la síntesis de GPEs y su posterior evaluación en células de moneda prototípicas. En particular, los GPE basados en PVA y PVDF-HFP se probaron en pilas de botón con electrodos de CA simétricos o placas SUS. Los pasos críticos en este enfoque incluyen 1) prevenir la generación de burbujas durante la preparación de GPE, 2) desarrollar un procedimiento de ensamblaje de celdas que concuerde con un supercondensador en funcionamiento ...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Divulgaciones

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores no tienen ningún conflicto de intereses que revelar.

Agradecimientos

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La investigación contó con el apoyo del Programa de Desarrollo de Competencias para Especialistas de la Industria del MOTIE coreano operado por KIAT (No. P0012453, Proyecto de Capacitación de Expertos en Pantallas de Próxima Generación para Procesos y Equipos de Innovación, Ingenieros de Materiales), y las Becas de Investigación de la Universidad de Chung-Ang en 2021.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
1 M LiPF6 en EC/DMC=1/1, v/vSigma aldrich746738 Electrolito para PVDF-HFP Electrolito de gel a base de polímeros Carbón
activadoSigma aldrich902470Material activo
Ag/AgCl ElectrodoBASiRE-5BElectrodo de referencia
Negro de humoSigma aldrich699632 Material conductor
Diamino-poli (propileno óxido) (DPPO)Sigma aldrich80506-64-5 material deenlace corss para electrolito de gel a base de polímero pvdf-hfp
Éter diglicidil de bisfenol-A (DEBA)Sigma aldrich106100-55-4 material deenlace corss para electrolito de gel a base de polímero pvdf-hfp
Dimetilformamida (DMF)SamchunD0551
Máquina de prensado de electrodosRotechMP200
ExtractorWonA TechConvert program (datos brutos a Excel)
Isopropanol (IPA)SamchunI0346Disolvente para fundir el aglutinante
Ácido fosfóricoSamchun00P4277
poli (etilenglicol) diglicidil éter (PEGDE)Sigma aldrich475696 corss material de enlace para pvdf-hfp electrolito de gel a base de polímeros
Politetrafluoroetileno ( PTFE)Sigma aldrich430935aglutinante
alcohol polivinílico (PVA)Sigma aldrich9002-89-5
Fluoruro de polivinilideno-co-hexafluoropropileno (PVDF-HFP)Sigma aldrich427160
PotenciostatoWonA TechZive SP1
Electrodo PtBASiMW-018122017Contraelectrodo
Smart gestión 6(SM6)WonA TechPrograma de secuencia de ajuste y medición del resultado electroquímico
Ácido sulfúricoSamshunS1423Electrolito
Máquina de ensayo de tracciónNanotechNA-50K Máquina deensayo de tracción
ZmanWonA TechEIS program

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ko, Y., et al. Flexible supercapacitor electrodes based on real metal-like cellulose papers. Nature Communications. 8 (1), 1-11 (2017).
  2. Tang, P., Han, L., Zhang, L. Facile synthesis of graphite/PEDOT/MnO2 composites on commercial supercapacitor separator membranes as flexible and high-performance supercapacitor electrodes. ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (13), 10506-10515 (2014).
  3. Xun, Z., Liu, Y., Gu, J., Liu, L., Huo, P. A biomass-based redox gel polymer electrolyte for improving energy density of flexible supercapacitor. Journal of the Electrochemical Society. 166 (10), 2300(2019).
  4. Sun, K., et al. High performance solid state supercapacitor based on a 2-mercaptopyridine redox-mediated gel polymer. RSC Advances. 5 (29), 22419-22425 (2015).
  5. Susan, M. A. B. H., Kaneko, T., Noda, A., Watanabe, M. Ion gels prepared by in situ radical polymerization of vinyl monomers in an ionic liquid and their characterization as polymer electrolytes. Journal of the American Chemical Society. 127 (13), 4976-4983 (2005).
  6. Sadeghi, R., Jahani, F. Salting-in and salting-out of water-soluble polymers in aqueous salt solutions. Journal of Physical Chemistry B. 116 (17), 5234-5241 (2012).
  7. Zhao, C., Wang, C., Yue, Z., Shu, K., Wallace, G. G. Intrinsically stretchable supercapacitors composed of polypyrrole electrodes and highly stretchable gel electrolyte. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (18), 9008-9014 (2013).
  8. Alipoori, S., Torkzadeh, M., Mazinani, S., Aboutalebi, S. H., Sharif, F. Performance-tuning of PVA-based gel electrolytes by acid/PVA ratio and PVA molecular weight. SN Applied Sciences. 3 (3), 1-13 (2021).
  9. Tafur, J. P., Santos, F., Romero, A. J. F. Influence of the ionic liquid type on the gel polymer electrolytes properties. Membranes. 5 (4), 752-771 (2015).
  10. Xiao, W., Zhao, L., Gong, Y., Liu, J., Yan, C. Preparation and performance of poly (vinyl alcohol) porous separator for lithium-ion batteries. Journal of Membrane Science. 487, 221-228 (2015).
  11. Zhao, Z., et al. A new environmentally friendly gel polymer electrolyte based on cotton-PVA composited membrane for alkaline supercapacitors with increased operating voltage. Journal of Materials Science. 56 (18), 11027-11043 (2021).
  12. Choudhury, N., Sampath, S., Shukla, A. Hydrogel-polymer electrolytes for electrochemical capacitors: an overview. Energy & Environmental Science. 2 (1), 55-67 (2009).
  13. Jang, H. S., Raj, C. J., Lee, W. -G., Kim, B. C., Yu, K. H. Enhanced supercapacitive performances of functionalized activated carbon in novel gel polymer electrolytes with ionic liquid redox-mediated poly (vinyl alcohol)/phosphoric acid. RSC Advances. 6 (79), 75376-75383 (2016).
  14. Agmon, N. The grotthuss mechanism. Chemical Physics Letters. 244 (5-6), 456-462 (1995).
  15. Kreuer, K. -D. Proton conductivity: Materials and applications. Chemistry of Materials. 8 (3), 610-641 (1996).
  16. Kreuer, K. On the development of proton conducting materials for technological applications. Solid State Ionics. 97 (1-4), 1-15 (1997).
  17. Karthik, K., Din, M. M. U., Jayabalan, A. D., Murugan, R. Lithium garnet incorporated 3D electrospun fibrous membrane for high capacity lithium-metal batteries. Materials Today Energy. 16, 100389(2020).
  18. Lu, Q., et al. high-rate, long-life lithium metal batteries with a 3D cross-linked network polymer electrolyte. Advanced Materials. 29 (13), 1604460(2017).
  19. Tripathi, M., Bobade, S. M., Kumar, A. Preparation of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene-based polymer gel electrolyte and its performance evaluation for application in EDLCs. Bulletin of Materials Science. 42 (1), 27(2019).
  20. Wilson, J., Ravi, G., Kulandainathan, M. A. Electrochemical studies on inert filler incorporated poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP) composite electrolytes. Polimeros. 16 (2), 88-93 (2006).
  21. Han, J. -H., Kim, H., Hwang, K. -S., Jeong, N., Kim, C. -S. Hydrogen production from water electrolysis driven by high membrane voltage of reverse electrodialysis. Journal of Electrochemical Science and Technology. 10 (3), 302-312 (2019).
  22. Borodin, O., Behl, W., Jow, T. R. Oxidative stability and initial decomposition reactions of carbonate, sulfone, and alkyl phosphate-based electrolytes. The Journal of Physical Chemistry C. 117 (17), 8661-8682 (2013).
  23. Hamra, A., Lim, H., Chee, W., Huang, N. Electro-exfoliating graphene from graphite for direct fabrication of supercapacitor. Applied Surface Science. 360, 213-223 (2016).
  24. Mehare, M. D., Deshmukh, A. D., Dhoble, S. Preparation of porous agro-waste-derived carbon from onion peel for supercapacitor application. Journal of Materials Science. 55 (10), 4213-4224 (2020).
  25. Gao, H., Lian, K. Proton-conducting polymer electrolytes and their applications in solid supercapacitors: a review. RSC Advances. 4 (62), 33091-33113 (2014).
  26. Cheng, X., Pan, J., Zhao, Y., Liao, M., Peng, H. Gel polymer electrolytes for electrochemical energy storage. Advanced Energy Materials. 8 (7), 1702184(2018).
  27. Lu, X., Yu, M., Wang, G., Tong, Y., Li, Y. Flexible solid-state supercapacitors: design, fabrication and applications. Energy & Environmental Science. 7 (7), 2160-2181 (2014).
  28. Liu, T., et al. In situ polymerization for integration and interfacial protection towards solid state lithium batteries. Journal of The Electrochemical Society. 167 (7), 070527(2020).
  29. Zhou, D., et al. Investigation of cyano resin-based gel polymer electrolyte: in situ gelation mechanism and electrode-electrolyte interfacial fabrication in lithium-ion battery. Journal of Materials Chemistry A. 2 (47), 20059-20066 (2014).
  30. Rommal, H., Morgan, P. The role of absorbed hydrogen on the voltage-time behavior of nickel cathodes in hydrogen evolution. Journal of The Electrochemical Society. 135 (2), 343(1988).
  31. Park, J., Kim, B., Yoo, Y. -E., Chung, H., Kim, W. Energy-density enhancement of carbon-nanotube-based supercapacitors with redox couple in organic electrolyte. ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (22), 19499-19503 (2014).

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Reimpresiones y permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este artículo de JoVE

Solicitar permiso

Etiquetas

Gel Polymer ElectrolyteSupercapacitor AssemblyCoin CellIonic ConductivityCyclic VoltammetryElectrochemical ImpedanceGalvanostatic Charge DischargePolyvinyl AlcoholPVDF HFPActivated Carbon Electrodes
Video próximamente

Artículos relacionados