Methodenartikel

Het synthetiseren van een gelpolymeerelektrolyt voor supercondensatoren, het assembleren van een supercondensator met behulp van een knoopcel en het meten van de prestaties van gelelektrolyten

DOI:

10.3791/64057

⸱

30 november 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

In dit artikel

Samenvatting

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

We presenteren een protocol om de elektrochemische en fysische eigenschappen van een supercondensatorgel-polymeerelektrolyt te testen met behulp van een knoopcel.

Samenvatting

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

Supercondensatoren (SC) hebben de aandacht getrokken als apparaten voor energieopslag vanwege hun hoge dichtheid en prestaties met een lange cyclus. SC's die worden gebruikt in apparaten die in rekbare systemen werken, vereisen rekbare elektrolyten. Gelpolymeerelektrolyten (GPE's) zijn een ideale vervanging voor vloeibare elektrolyten. Polyvinylalcohol (PVA) en polyvinylideenfluoride-co-hexafluorpropyleen (PVDF-HFP) zijn op grote schaal toegepast als elektrolyten op basis van polymeermatrix voor supercondensatoren vanwege hun lage kosten, chemisch stabiele, brede bedrijfstemperatuurbereik en hoge ionische geleidbaarheid. Hierin beschrijven we de procedures voor (1) het synthetiseren van een gelpolymeerelektrolyt met PVA en PVDF-HFP, (2) het meten van de elektrochemische stabiliteit van de gelpolymeerelektrolyten door middel van cyclische voltammetrie (CV), (3) het meten van de ionische geleidbaarheid van de gelpolymeerelektrolyten door middel van elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS), (4) het assembleren van symmetrische knoopcellen met behulp van actieve kool (AC) elektroden met de op PVA en PVDF-HFP gebaseerde gelpolymeerelektrolyten, en (5) het evalueren van de elektrochemische prestaties met behulp van galvanostatische ladings-ontladingsanalyse (GCD) en CV bij 25 °C. Daarnaast beschrijven we de uitdagingen en inzichten die uit deze experimenten zijn gehaald.

Inleiding

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

Flexibele SC's zijn de afgelopen jaren snel gegroeid voor de fabricage van elektronica met rekbare displays en draagbare energieapparaten. Flexibele SC's bestaan meestal uit flexibele elektroden1, separatoren2 en de elektrolyt3 in een flexibele assemblage. Daarom zijn GPE's de meest effectieve structuur vanwege hun flexibiliteit4, scheidingsvrije aard, relatief hoge ionische geleidbaarheid5 en dunne-filmvormend vermogen6.

Om de polymeermatrices van GPE's voor te bereiden, zijn de afgelopen jaren materialen zoals polymethylmethacrylaat (PMMA), PVDF-HFP en PVA ontwikkeld. PVA en PVDF-HFP zijn vooral op grote schaal toegepast als op polymeermatrix gebaseerde elektrolyten voor SC's vanwege hun lage kosten, chemisch stabiele, brede bedrijfstemperatuurbereik en hoge ionische geleidbaarheid bij kamertemperatuur (RT).

Hierin beschrijven we een synthetische methode voor twee representatieve polymeermatrixmaterialen - PVA7 en PVDF-HFP - en de elektrochemische karakterisering van de gelelektrolyt op basis van polymeermatrixmateriaal. Samenvattend illustreren we de algemene synthese, materiaalverwerkingsmethoden en prestatie-evaluatiemethoden die worden gebruikt om rekbare SC's te fabriceren.

Voor toepassing in flexibele SC's moeten polymeerelektrolyten de volgende eigenschappen vertonen: (1) hoge ionische geleidbaarheid bij omgevingstemperatuur, (2) hoge chemische en elektrochemische stabiliteit, (3) goede mechanische eigenschappen van maatvastheid, en (4) voldoende verwerkbaarheid in dunne film. Deze kenmerken werden bevestigd met behulp van EIS-, CV- en trektests. De EIS- en CV-metingen werden uitgevoerd met behulp van een knoopcel. Eerst werd de ionische geleidbaarheid van de op polymeermatrix gebaseerde elektrolyt geschat volgens de vergelijking met behulp van impedantie. Ten tweede werden de chemische en elektrochemische stabiliteiten van de op polymeermatrix gebaseerde elektrolyt geschat door de CV- en GCD-tests. De stabiliteit van de op polymeermatrix gebaseerde elektrolyten werd aangetoond door het spanningsbereik te regelen dat door de CV werd getest. Ten derde werden de mechanische eigenschappen van de op polymeermatrix gebaseerde elektrolyten geëvalueerd door trekproeven uit te voeren.

Een knoopcel werd gefabriceerd met behulp van PVA- en PVDF-HFP-polymeer-matrix-gebaseerde elektrolyten met AC-symmetrische cellen. De prestaties van de supercondensatoren van de twee verschillende knoopcelsupercondensatoren werden geëvalueerd bij 25 °C. Omdat dit werk voornamelijk betrekking heeft op PVA- en PVDF-HFP-polymeermatrix-gebaseerde elektrolyten, richt de rest van dit artikel zich op deze elektrolyten. De gedetailleerde procedures van deze experimenten, moeilijkheden bij de uitvoering en inzichten die uit deze experimenten zijn verkregen, worden hieronder beschreven.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

1. Synthese van PVA- en PVDF-HFP-polymeer-matrix-gebaseerde elektrolyten

OPMERKING: Bij het hanteren van methanol is het het beste om directe blootstelling zoveel mogelijk te vermijden.

  1. PVA-polymeer-matrix-gebaseerde elektrolytsynthese
    1. Los PVA (1 g) (Mw 146.000-186.000) op in dubbel gedestilleerd water (10 ml) in een waterbad bij 90 °C en roer bij 500 tpm tot een heldere oplossing is verkregen. Voeg vervolgens H3PO4 (1 ml) toe aan de hete oplossing onder voortdurend roeren bij RT gedurende 24 uur.
    2. Giet de rekbare polymeerelektrolyt in een glazen petrischaal en droog het een nacht in een vacuümoven op 40 °C.
      OPMERKING: De dikte van de as-formed GPE moet ongeveer 1 mm zijn.
    3. Verwijder de gedroogde films van de mallen en snijd ze in preparaten van 19 mm voor verder onderzoek.
  2. PVDF-HFP polymeer-matrix gebaseerde elektrolytsynthese
    1. Bereid een gelpolymeerelektrolyt voor met behulp van de oplossingsgietmethode. Los eerst PVDF-HFP (MW 400.000) (3 g) op in dimethylformamide (DMF, 15 ml) met een container met deksel bij RT en roer gedurende 3 uur bij 500 tpm tot een homogene oplossing met een lage viscositeit is gevormd.
    2. Voeg diglycidylether van bisfenol-A (DEBA; 1 g), poly (ethyleenglycol), diglycidylether (PEGDE; 3 g) en diamino-poly (propyleenoxide) (DPPO; 8 g) toe aan de oplossing bereid in stap 1.2.1 en roer gedurende 6 uur bij 500 tpm constant bij kamertemperatuur.
    3. Giet het resulterende mengsel in een ronde polytetrafluorethyleenplaat of plastic petrischaal en verwarm het in een vacuümoven op 80 °C gedurende 24 uur om de DMF-oplossing te verdampen en de gewenste GPE te verkrijgen.
    4. Koel de resulterende GPE af tot RT, was deze driemaal met methanol met behulp van een centrifuge bij 12.329 × g gedurende 5 minuten om het niet-gereageerde monomeer te verwijderen en droog onder een vacuüm gedurende 12 uur bij 60 °C.
      OPMERKING: De dikte van de asgevormde gelpolymeerelektrolyt is ongeveer 100 μm. De resulterende gelpolymeerelektrolyt vertoonde uitstekende mechanische eigenschappen toen de gewichtsverhouding van PEGDE:DEBA:DPPO werd geoptimaliseerd tot 3:1:8 en het gehalte aan PVDF-HFP werd geoptimaliseerd tot 20 gew.%.
    5. Bereid de gesynthetiseerde GPE's voor door de poreuze membranen gedurende 24 uur onder te dompelen in een vloeibare elektrolyt (1 M LiPF6 in EC/DMC = 1/1, v/v) in een met argon gevuld handschoenenkastje.
      OPMERKING: De opname van vloeibare elektrolyten na 24 uur weken was ongeveer 350 gew.%.

2. Karakterisering van de GPE's

  1. Fouriertransformatie infrarood (FTIR) spectroscopie
    OPMERKING: We raden aan om een verschoven attenuated total reflection (ATR)-accessoire te gebruiken met de FTIR-spectrometer voor het verzamelen van ruimtelijk opgeloste FTIR-spectra (hoge ruimtelijke resolutie van ~10 μm2) van de interactie tussen de op polymeermatrix gebaseerde elektrolyten.
    1. Selecteer een monster met de juiste afmetingen voor de FTIR-microscoop om spectra van hoge kwaliteit te garanderen met behulp van het ATR-FTIR-accessoire.
    2. Kalibreer de FTIR en voer dezelfde monstermetingen uit in het bereik van 500-4500 cm-1 met een resolutie van 5 cm-1 . Dit proces omvat het koelen van de detector en het geven van voldoende tijd voor stabilisatie.
    3. Verzamel een geschikt achtergrondspectrum om af te trekken van het samplespectrum.
    4. Afhankelijk van de juiste doelstelling, selecteert u het interessegebied en concentreert u zich op hetzelfde gebied voor analyse.
    5. Nadat u het interessegebied hebt bepaald, bevestigt u het ATR-accessoire aan het FTIR-microscoopobjectief. Laat het ATR-accessoire zakken totdat het nauw contact maakt met het monster en verzamel vervolgens het monsterspectrum.
    6. Voer gegevensverwerking uit na het verzamelen van de FTIR-spectra.
  2. Röntgendiffractie (XRD)
    1. Maal het monsterpoeder met behulp van een agaatmortel. Breng vervolgens het poeder aan op de monsterhouder van de röntgendiffractometer om het gat te vullen totdat het overloopt en druk aan om een uniform, glad oppervlak te vormen. De instrumentele parameters van de XRD-analyse worden beschreven in referenties 8,9.
    2. Voordat u de filmachtige XRD-patronen van het monster meet, moet u de op polymeermatrix gebaseerde elektrolyt zo plat mogelijk in de houder houden. De instrumentele parameters van de XRD-analyse waren dezelfde als beschreven in stap 2.2.1.

3. Voorbereiding van de composiet AC-elektrode

  1. Bereid een composietelektrode in poedervorm voor door AC, geleidende koolstof en PTFE-bindmiddel in een massaverhouding van 8:1:1 met behulp van een vijzel te mengen totdat het een deeg wordt. Voeg een druppel isopropanol (IPA; 0,1-0,2 ml) toe aan het deeg en verdeel het mengsel herhaaldelijk om het grondig te mengen.
  2. Rol het deeg met een roller om de gewenste dikte (~100 mm) te bereiken en construeer AC-elektroden met een straal van 14 mm.
  3. Droog de AC-elektrode gedurende 24 uur in een oven op 80 °C om de IPA volledig te verdampen.

4. Voorbereiding en testen van knoopcellen

  1. Verwarm 15 ml H3PO 4-PVA bij 80 °C en dompel de AC-elektroden 10 minuten onder in deze oplossing. Droog de elektroden na het proces 4 uur in een kap om het water te verdampen.
  2. Druk de twee AC-elektroden face-to-face met de polymeerelektrolyt ertussen om een sandwichstructuur te vormen.
  3. Evenzo, om de knoopcel met de PVDF-HFP-gel voor te bereiden, zet u de symmetrische AC-cel in elkaar met behulp van de elektrolyt die in stap 4.1 is gedrenkt
    OPMERKING: Figuur 3 toont een schema van de knoopcelassemblage.
  4. Om de knoopcellen klaar te maken voor het testen, sluit u de knoopcel 2032 af met een celdop en krimpt u twee of drie keer met een handmatige krimpmachine.

5. EIS-, CV- en GCD-testmethoden voor de PVA- en PVDF-HFP GPE's

OPMERKING: De potentiostaten bestaan uit een werkende sensor (WS), een werkelektrode (WE), een referentie-elektrode (RE) en een tegenelektrode (CE).

  1. Voordat u het systeem met twee elektroden test, combineert u de WS-lijn met de WE-lijn, die werkt als WE, en de RE-lijn met de CE-lijn, die werkt als CE.
  2. Plaats vervolgens de knoopcel in de houder die wordt gebruikt voor de elektrochemische test en sluit de WE-lijn en CE-lijn aan beide zijden aan.
    OPMERKING: Alle tests zijn uitgevoerd met behulp van de knoopcellen die zijn voorbereid.
  3. EIS-toets
    OPMERKING: De stap 'Rusttijd' is nodig om de cel te stabiliseren vóór de EIS-test. Het Smart Management 6-programma wordt gebruikt voor het instellen van de volgorde en het meten van het elektrochemische resultaat.
    1. Voer het programma uit en stel het volgordebestand van het EIS-meetexperiment in.
    2. Klik op de optie Experiment om een nieuw bestand te genereren en klik vervolgens op de knop Toevoegen om de eerste stap te genereren.
    3. Stel vervolgens de rusttijdparameters van het sequentiebestand in. Stel het tabblad Besturing in op Constant. Stel het type, de modus en het bereik op het tabblad Configuratie in als respectievelijk PSTAT, Timer Stop en Auto.
    4. Voer complexe impedantiemetingen uit met behulp van een EIS-systeem in het frequentiebereik 100 kHz-0,01 Hz.
    5. Klik op de knop Toevoegen om de volgende stap te genereren.
    6. Klik op de Controleknop en stel deze in als EIS; stel voor de configuratie het type, de modus en het bereik in als respectievelijk PSTAT, LOG en AUTO.
    7. Voer de EIS uit bij 100 kHz-0,01 Hz. Stel hiervoor de Initiaal (Hz) en Midden (Hz) in als dezelfde waarde, 100 x 103, en de Finale (Hz) waarde als 1 x 10-2. Stel de bias (V)-waarden in op 400 x 10-3. Klik vervolgens op de Ref-knop en stel deze in als Eref.
    8. Het resulterende signaal moet een lineaire respons vertonen op het toegepaste signaal. Stel daarom de amplitude (Vrms) in op 10 x 10-3.
    9. Stel de dichtheid en iteratie in op respectievelijk 10 en 1 voor dit experiment.
    10. Klik op de knop Opslaan als om het bestand op te slaan voor EIS-testen.
    11. Klik op Toepassen op CH en voer het bestand uit voor EIS-testen om resultaten te verkrijgen.
  4. CV test
    NOTITIE: In dit geval is de bedrijfsvolumetage afhankelijk van het oplosmiddel dat is gebruikt om de GPE voor te bereiden.
    1. Voer het programma uit om het sequentiebestand te genereren.
    2. Klik op Experiment om een nieuw bestand te genereren en klik vervolgens op de knop Toevoegen om de eerste stap te genereren.
    3. Stel de parameters van het sequentiebestand in: Besturing als SWEEP, Type, Mode en Range in Configuration als respectievelijk PSTAT, CYCLIC en AUTO, Ref als Eref, Initial (V) en Middle (V) als 0,0 en de Final (V) als 800 x 10-3.
    4. Voer CV uit met scansnelheden van 5, 10, 20, 50 en 100 mV/s. Maak hiervoor vijf identieke stappen en stel de scansnelheid (V/s) in op 5 x 10-3, 10 x 10-3, 20 x 10-3, 50 x 10-3 en 100 x 10-3 voor de bovengenoemde scansnelheden die in volgorde worden genomen. Stel de andere parameterwaarden in als dezelfde als die in stap 5.4.3.
      1. Stel in elke scansnelheid de waarde voor Stiltetijd(en) in op 0 en segmenten op 21. De formule "2n+1" (n is het aantal gewenste cycli) werd gebruikt om de waarde van de segmenten te bepalen. Voor de voorwaarde Afsnijden is Item ingesteld als Stapeinde en Volgende: als Volgende.
      2. Stel in de instelling Diversen de Itemwaarde in op Tijd(en) en OP op >=. De Delta-waarde drukt de voorwaarden voor het verzamelen van gegevens uit. Om bijna 300 gegevenspunten te verzamelen bij elke scansnelheid, stelt u de Delta-waarde in op 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 en 0,0625.
      3. Stel voor de cyclusstabiliteitstest de scansnelheid (V/s) in op 100 x 10-3 en stel Segmenten in op 2001 voor de 1000-cyclustest. Stel de andere parameterwaarden in op dezelfde als die in stap 5.4.4.2.
    5. Om het sequentiebestand voor het cv-examen op te slaan, klikt u op de knop Opslaan als .
    6. Klik op Toepassen op CH en voer het volgordebestand van de cv-test uit om de resultaten te verkrijgen.
  5. GCD-toets
    1. Voer het programma uit zoals vermeld in stap 5.3.1 en maak een nieuw bestand voor de GCD-test.
    2. Klik op Experiment om een nieuw bestand te genereren en klik vervolgens op de knop Toevoegen om de eerste stap te genereren.
    3. Stel de parameters van het sequentiebestand in. Stel de besturing in op Constant. Stel het type, de modus en het bereik in de configuratie in als respectievelijk GSTAT, Normaal en Auto. De GCD-test begint met een lading.
    4. Stel Ref. in op nul. De stroom(A)-waarde is afhankelijk van de stroomdichtheid en het elektrodegewicht. Voor de GCD-test werd een stroomdichtheid van 1 mA/g geselecteerd.
      1. Klik voor de voorwaarde Afsnijden op Item en stel het in als Voltage. Stel OP in op >=, Delta-waarde op 800 x 10-3 en Ga Volgende als Volgende. Stel voor de instelling Diversen het item in op Tijd(en), OP op op >= en Delta-waarde op 1.
    5. Klik op de knop Toevoegen om de volgende stap (Afvoerstap) aan te maken.
      OPMERKING: Deze stap is hetzelfde ingesteld als de laadstap, maar de stroomrichting is anders.
      1. Voor de ontlading is de waarde van de stroom hetzelfde als de laadstroom, maar de stroomrichting is het tegenovergestelde. Stel de waarde van Current(A) in op hetzelfde als stap 5.5.4, wat een oplaadstap is.
      2. Stel voor de afkapvoorwaarde het item in als Spanning, OP als <=, Delta-waarde als 0 en Ga Volgende als volgende. Stel voor de instelling Diversen het item in op Tijd(en), OP op op >= en Delta-waarde op 1.
    6. Klik op de knop Toevoegen om de volgende stap (Loop-stap) te maken.
      1. Stel het besturingselement in als lus en stel voor configuratie het type in als cyclus en iteratie als 21.
      2. Voor Conditie-1 van de Afgesneden voorwaarde, stelt u het item in op Lijst 1 als Loop Next. Stel voor elke stroomdichtheid Go Next in als SETP-2 voor 1 mA/g.
    7. Klik op de knop Opslaan als om het sequentiebestand van de GCD-test op te slaan.
    8. Klik op Toepassen op CH en voer het sequentiebestand van de GCD-test uit om de resultaten te verkrijgen.

6. Rekbare gel testen

  1. Bereid rechthoekige gelfilms voor met afmetingen van 1 cm × 10 cm en herhaal de volgende stappen minstens twee keer met verschillende monsters om een redelijke waarde te verkrijgen.
  2. Bevestig het voorbereide monster tussen twee klemmen van de trekbank. In deze studie werd de opening vastgesteld op 5 cm.
  3. Stel de gewenste tussenwaarde in door de knop aan te passen om de handgreep aan de bovenkant te verlagen.
  4. Voer het programma uit om het sequentiebestand te genereren.
    1. Kies de testmethode. Hier werd gekozen voor de stress-strain test.
    2. Kies vervolgens het aantal proefversies en pas het geselecteerde aantal toe. Controleer vervolgens de testomstandigheden en stel de reksnelheid in op 50 mm/min.
    3. Sla het bestand op en pas het toe op het programma. Klik vervolgens op de knop Start .

7. Rekbare gelvervormingstest

  1. Bereid rechthoekige gelfilms voor met afmetingen van 1 cm × 10 cm en herhaal de test twee keer.
  2. Bevestig het voorbereide monster tussen twee klemmen van de trekbank met een opening van 5 cm.
  3. Voer het programma uit om het sequentiebestand te genereren.
    1. Kies de testmethode. Selecteer hier de stress-strain test.
    2. Selecteer het aantal proefversies en pas het geselecteerde aantal toe. Controleer vervolgens de testomstandigheden, stel de reksnelheid in op 50 mm/min en de verplaatsing op 10 mm. Herhaal deze procedure 10 keer.
    3. Sla het bestand op en pas het toe op het programma. Klik vervolgens op de knop Start .

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

PVA werd op grote schaal toegepast als elektrolyt op basis van polymeermatrix voor SC's omdat het biologisch afbreekbaar, goedkoop, chemisch stabiel en niet-toxisch is, een breed bedrijfstemperatuurbereik heeft en een transparant filmvormend vermogen heeft 10,11. PVA verbetert de ionische geleidbaarheid dankzij de hydroxylgroepen die water absorberen12. In deze studie hebben we de op PVA gebaseerde gelelek...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Onze benadering voor het ontwikkelen van rekbare SC's omvatte de synthese van GPE's en hun daaropvolgende evaluatie in prototypische knoopcellen. In het bijzonder werden de op PVA en PVDF-HFP gebaseerde GPE's getest in knoopcellen met symmetrische AC-elektroden of SUS-platen. De cruciale stappen in deze aanpak zijn onder meer 1) het voorkomen van het ontstaan van bellen tijdens de bereiding van GPE's, 2) het ontwikkelen van een celassemblageprocedure die overeenkomt met een werkende supe...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben geen belangenconflict om bekend te maken.

Dankbetuigingen

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

Het onderzoek werd ondersteund door het competentieontwikkelingsprogramma voor industriespecialisten van het Koreaanse MOTIE dat wordt beheerd door KIAT (nr. P0012453, Next-generation Display Expert Training Project for Innovation Process and Equipment, Materials Engineers) en de Chung-Ang University Research Scholarship Grants in 2021.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1 M LiPF6 in EC/DMC=1/1, v/vSigma aldrich746738Elektrolyte voor pvdf-hfp polymeer gebaseerde gel elektrolyt
Geactiveerde koolstofSigma aldrich902470Actieve stof
Ag/AgCl elektrodeBASiRE-5BReferentie-elektrode
Koolstof zwartSigma aldrich699632Geleidend materiaal
Diamino-poly (propyleenoxide) (DPPO)Sigma aldrich80506-64-5Verbindingsmateriaal voor pvdf-hfp polymeer gebaseerde gel elektrolyt
Diglycidyl ether van bisfenol-A (DEBA)Sigma aldrich106100-55-4Verbindingsmateriaal voor pvdf-hfp polymeer gebaseerde gel elektrolyt
Dimethylformamide (DMF)SamchunD0551
Elektrode persmachineRotechMP200
ExtractorWonA TechConverteer programma (ruwe gegevens naar Excel )
Isopropanol(IPA)SamchunI0346Oplosmiddel om de binder te smelten
FosforzuurSamchun00P4277
poly (ethyleenglycol) diglycidyl ether (PEGDE)Sigma aldrich475696Verbindingsmateriaal voor pvdf-hfp polymeer gebaseerde gel elektrolyt
Polytetrafluorethyleen(PTFE)Sigma aldrich430935Binder
Polyvinyl alcohol (PVA)Sigma aldrich9002-89-5
Polyvinylideenfluoride-co-hexafluorpropyleen (PVDF-HFP)Sigma aldrich427160
PotentiostatWonA TechZive SP1
Pt elektrodeBASiMW-018122017Tegenelektrode
Smart management 6(SM6)WonA TechProgramma voor het instellen van de sequentie en het meten van het elektrochemische resultaat
ZwavelzuurSamshunS1423Elektrolyte
TrekproefmachineNanotechNA-50KTrekproefmachine
ZmanWonA TechEIS-programma

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Supercapacitor AssemblyIonic ConductivityCyclic VoltammetryElectrochemical ImpedanceGalvanostatic Charge DischargePolyvinyl AlcoholPVDF HFPActivated Carbon Electrodes
Video binnenkort beschikbaar

Gerelateerde artikelen