מאמר שיטה

סינתזה של אלקטרוליט פולימרי ג'ל עבור סופר-קבלים, הרכבת סופר-קבל באמצעות תא מטבע ומדידת ביצועי אלקטרוליט ג'ל

DOI:

10.3791/64057

⸱

30 בנובמבר 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

במאמר זה

סיכום

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

אנו מציגים פרוטוקול לבדיקת התכונות האלקטרוכימיות והפיזיקליות של אלקטרוליט פולימר ג'ל סופר-קבל באמצעות תא מטבע.

תקציר

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

סופר-קבלים (SC) משכו תשומת לב כהתקני אחסון אנרגיה בשל הצפיפות הגבוהה וביצועי המחזור הארוך שלהם. SCs המשמשים במכשירים הפועלים במערכות נמתחות דורשים אלקטרוליטים נמתחים. אלקטרוליטים פולימריים ג'ל (GPEs) הם תחליף אידיאלי לאלקטרוליטים נוזליים. אלכוהול פוליוויניל (PVA) ופוליווינילידן פלואוריד-קו-הקספלואורופרופילן (PVDF-HFP) יושמו באופן נרחב כאלקטרוליטים מבוססי מטריצת פולימר עבור קבלי-על בגלל עלותם הנמוכה, היציבות הכימית, טווח טמפרטורות הפעולה הרחב והמוליכות היונית הגבוהה שלהם. כאן, אנו מתארים את ההליכים עבור (1) סינתזה של אלקטרוליט פולימר ג'ל עם PVA ו-PVDF-HFP, (2) מדידת היציבות האלקטרוכימית של אלקטרוליטים פולימרי ג'ל על ידי וולטמטריה מחזורית (CV), (3) מדידת המוליכות היונית של אלקטרוליטים פולימרי ג'ל על ידי ספקטרוסקופיה אלקטרוכימית עכבה (EIS), (4) הרכבת תאי מטבע סימטריים באמצעות אלקטרודות פחם פעיל (AC) עם אלקטרוליטים פולימריים ג'ל מבוססי PVA ו-PVDF-HFP, ו-(5) הערכת הביצועים האלקטרוכימיים באמצעות ניתוח פריקת מטען גלוונוסטטי (GCD) ו-CV ב-25 מעלות צלזיוס. בנוסף, אנו מתארים את האתגרים והתובנות שהתקבלו מניסויים אלה.

מבוא

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

SCs גמישים צמחו במהירות בשנים האחרונות לייצור אלקטרוניקה עם צגים נמתחים והתקני אנרגיה לבישים. SCs גמישים מורכבים בדרך כלל מאלקטרודות גמישות1, מפרידים2 והאלקטרוליט3 במכלול גמיש. לכן, GPEs הם המבנה היעיל ביותר בשל גמישותם4, אופיים נטול המפרידים, מוליכות יונית גבוהה יחסית5 ויכולת יצירת סרט דק6.

כדי להכין את מטריצות הפולימר של GPEs, פותחו בשנים האחרונות חומרים כגון פולימתיל-מתאקרילט (PMMA), PVDF-HFP ו-PVA. PVA ו-PVDF-HFP יושמו באופן נרחב במיוחד כאלקטרוליטים מבוססי מטרי....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. סינתזה של אלקטרוליטים מבוססי מטריצת פולימר PVA ו-PVDF-HFP

הערה: בעת טיפול במתנול, עדיף להימנע ככל האפשר מחשיפה ישירה.

  1. סינתזת אלקטרוליטים מבוססת מטריצת פולימר PVA
    1. ממיסים PVA (1 גרם) (Mw 146,000-186,000) במים מזוקקים כפולים (10 מ"ל) באמבט מים ב-90 מעלות צלזיוס ומערבבים ב-500 סל"ד עד לקבלת תמיסה ברורה. לאחר מכן, הוסף H3PO4 (1 מ"ל) לתמיסה החמה תוך ערבוב מתמיד ב-RT למשך 24 שעות.
    2. יוצקים את האלקטרוליט הפולימרי הנמתח לצלחת פטרי מזכוכית ומייבשים אותו למשך הלילה בתנור ואקום בחום של 40 מעלות צלזיוס.
      הערה: עובי ה-GPE כפי שנוצר צריך להיות כ-1 ....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

PVA יושם באופן נרחב כאלקטרוליט מבוסס מטריצת פולימר עבור SCs מכיוון שהוא מתכלה, זול, יציב כימית ולא רעיל, בעל טווח טמפרטורות פעולה רחב ובעל יכולת יצירת סרט שקוף10,11. PVA משפר את המוליכות היונית בשל קבוצות ההידרוקסיל שלו הסופגות מים12. במחקר זה, הכנו את אלקטרוליט הג'ל מבוסס PVA על ידי ערבוב H3PO4/H2O, ששימש כמקור פרוטון. באלקטרוליטים ג'ל, H3PO4 מספק בדרך כלל יונים חופשיים הפועלים כנשאי .......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

הגישה שלנו לפיתוח SCs נמתחים כללה סינתזה של GPEs והערכתם לאחר מכן בתאי מטבע אב-טיפוסיים. בפרט, GPEs מבוססי PVA ו-PVDF-HFP נבדקו בתאי מטבע עם אלקטרודות AC סימטריות או לוחות SUS. השלבים הקריטיים בגישה זו כוללים 1) מניעת יצירת בועות במהלך הכנת GPEs, 2) פיתוח נוהל הרכבת תאים התואם קבל על עובד, ו-3) קביעת טווח ניסוי מתאים.

אלקטרוליטים פולימריים צריכים להפגין מוליכות יונית גבוהה בטמפרטורת הסביבה25, יציבות כימית ואלקטרוכימית גבוהה

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

למחברים אין ניגוד אינטרסים לחשוף.

תודות

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

המחקר נתמך על ידי התוכנית לפיתוח מיומנויות למומחי תעשייה של MOTIE הקוריאני המופעלת על ידי KIAT (מס' P0012453, פרויקט הכשרת מומחי תצוגה מהדור הבא לתהליכי חדשנות וציוד, מהנדסי חומרים), ומענקי מלגות המחקר של אוניברסיטת צ'ונג-אנג בשנת 2021.

....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
1 M LiPF6 ב-EC/DMC=1/1, v/vSigma aldrich746738אלקטרוליט עבור אלקטרוליט ג'ל מבוסס פולימר pvdf-hfp
פחמן פעילSigma aldrich902470חומר פעיל
Ag/AgCl אלקטרודהBASiRE-5Bאלקטרודה ייחוס
פחמן שחורSigma aldrich699632חומר מוליך
דיאמינו-פולי (פרופילן תחמוצת) (DPPO)סיגמא אולדריץ'80506-64-5חומר קישור קורס לאלקטרוליט ג'ל מבוסס פולימר PVDF-HFP
אתר דיגליצידיל של ביספנול-A (DEBA)סיגמא אולדריץ'106100-55-4חומר קישור קורס לאלקטרוליט ג'ל מבוסס פולימר PVDF-HFP
דימתילפורממיד (DMF)SamchunD0551
מכונת לחיצת אלקטרודותRotechMP200
ExtractorWonA TechConvert תוכנית (נתונים גולמיים לאקסל)
איזופרופנול (IPA)SamchunI0346ממס להמסת הקלסר
חומצה זרחתיתSamchun00P4277
פולי (אתילן גליקול) אתר דיגליצידיל (PEGDE)חומר קישור 475696 סיגמא אולדריץעבור אלקטרוליט ג'ל מבוסס פולימר PVDF-HFP
פוליטטרפלואורואתילן( PTFE)סיגמא אולדריץ' 430935
אלכוהול פוליוויניל (PVA)סיגמא אולדריץ'9002-89-5
פוליווינילידן פלואוריד-קו-הקספלואורופרופילן (PVDF-HFP)סיגמא אולדריץ'427160
פוטנציוסטטWonA TechZive SP1
Pt אלקטרודהBASiMW-018122017אלקטרודה נגדית
חכמה ניהול 6(SM6)WonA Techתוכנית להגדרת רצף ומדידת תוצאה אלקטרוכימית
חומצה גופרתיתSamshunS1423אלקטרוליט
מכונת בדיקת מתיחהNanotechNA-50K
ZmanWonA Tech תוכניתEIS
' מכונת בדיקת מתיחה

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Supercapacitor AssemblyIonic ConductivityCyclic VoltammetryElectrochemical ImpedanceGalvanostatic Charge DischargePolyvinyl AlcoholPVDF HFPActivated Carbon Electrodes
הסרטון יגיע בקרוב

מאמרים קשורים