Artykuł metodologiczny

Synteza żelowego elektrolitu polimerowego do superkondensatorów, montaż superkondensatora za pomocą ogniwa pastylkowego i pomiar wydajności elektrolitu żelowego

DOI:

10.3791/64057

⸱

30 listopada 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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Przedstawiamy protokół do testowania właściwości elektrochemicznych i fizycznych elektrolitu polimerowego w żelu superkondensatorowym za pomocą ogniwa pastylkowego.

Streszczenie

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

Superkondensatory (SC) przyciągnęły uwagę jako urządzenia do magazynowania energii ze względu na ich wysoką gęstość i długi cykl. SC stosowane w urządzeniach pracujących w układach rozciągliwych wymagają elektrolitów rozciągliwych. Żelowe elektrolity polimerowe (GPE) są idealnym zamiennikiem elektrolitów ciekłych. Alkohol poliwinylowy (PVA) i polifluorek winylidenu-ko-heksafluoropropylen (PVDF-HFP) są szeroko stosowane jako elektrolity na bazie polimeru do superkondensatorów ze względu na ich niski koszt, stabilność chemiczną, szeroki zakres temperatur pracy i wysoką przewodność jonową. W niniejszym artykule opisano procedury (1) syntezy żelowego elektrolitu polimerowego z PVA i PVDF-HFP, (2) pomiaru stabilności elektrochemicznej elektrolitów żelowych polimerów metodą woltamperometrii cyklicznej (CV), (3) pomiaru przewodnictwa jonowego elektrolitów żelowo-polimerowych metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS), (4) montażu symetrycznych ogniw pastylkowych za pomocą elektrod z węglem aktywnym (AC) z żelowymi elektrolitami polimerowymi na bazie PVA i PVDF-HFP, oraz (5) ocena wydajności elektrochemicznej za pomocą galwanostatycznej analizy ładunku i wyładowań (GCD) i CV w temperaturze 25 °C. Dodatkowo opisujemy wyzwania i spostrzeżenia uzyskane z tych eksperymentów.

Wprowadzenie

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

Elastyczne SC szybko rozrosły się w ostatnich latach do produkcji elektroniki z rozciągliwymi wyświetlaczami i urządzeniami do noszenia na żywo. Elastyczne SC zazwyczaj składają się z elastycznych elektrod1, separators2 oraz elektrolitu3 w elastycznym zestawie. Dlatego GPE są najbardziej efektywną strukturą ze względu na ich elastyczność4, charakter bez separatorów, stosunkowo wysoką przewodność jonową5 i zdolność do tworzenia cienkich warstw6.

Aby przygotować matryce polimerowe GPE, w ostatnich latach opracowano materiały takie jak polimetakrylan metylu (PMMA), PVDF-HFP i PVA. PVA i PVDF-HFP są szczególnie szeroko stosowane jako elektrolity na bazie matrycy polimerowej do SC ze względu na ich niski koszt, stabilność chemiczną, szeroki zakres temperatur pracy i wysoką przewodność jonową w temperaturze pokojowej (RT).

Tutaj opisujemy metodę syntezy dla dwóch reprezentatywnych materiałów polimerowych - PVA7 i PVDF-HFP - oraz charakterystykę elektrochemiczną elektrolitu żelowego na bazie polimeru na bazie materiału. Podsumowując, ilustrujemy ogólną syntezę, metody przetwarzania materiałów i metody oceny wydajności stosowane do wytwarzania rozciągliwych SC.

Do zastosowania w elastycznych SC, elektrolity polimerowe powinny wykazywać następujące właściwości: (1) wysoka przewodność jonowa w temperaturze otoczenia, (2) wysoka stabilność chemiczna i elektrochemiczna, (3) dobre właściwości mechaniczne o stabilności wymiarowej, oraz (4) wystarczająca przetwarzalność cienkiej warstwy. Cechy te zostały potwierdzone za pomocą EIS, CV i prób rozciągania. Pomiary EIS i CV przeprowadzono przy użyciu ogniwa pastylkowego. Po pierwsze, przewodność jonową elektrolitu na bazie matrycy polimerowej oszacowano zgodnie z równaniem przy użyciu impedancji. Po drugie, stabilność chemiczną i elektrochemiczną elektrolitu na bazie matrycy polimerowej oszacowano za pomocą testów CV i GCD. Stabilność elektrolitów na bazie matrycy polimerowej wykazano poprzez kontrolowanie zakresu napięcia testowanego przez CV. Po trzecie, właściwości mechaniczne elektrolitów na bazie matrycy polimerowej oceniono poprzez przeprowadzenie prób rozciągania.

Ogniwo pastylkowe zostało wyprodukowane przy użyciu elektrolitów na bazie polimerów PVA i PVDF-HFP z symetrycznymi ogniwami prądu przemiennego. Wydajność superkondensatorów dwóch różnych superkondensatorów pastylkowych oceniano w temperaturze 25 °C. Ponieważ prace te dotyczą głównie elektrolitów na bazie PVA i PVDF-HFP na bazie matrycy polimerowej, pozostała część tego artykułu koncentruje się na tych elektrolitach. Szczegółowe procedury tych eksperymentów, trudności w ich wykonaniu oraz wnioski uzyskane z tych eksperymentów są opisane poniżej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

1. Synteza elektrolitów na bazie polimerów PVA i PVDF-HFP

UWAGA: Podczas obchodzenia się z metanolem, najlepiej unikać bezpośredniego kontaktu tak bardzo, jak to możliwe.

  1. Synteza elektrolitu na matrycy polimerowej PVA
    1. Rozpuścić PVA (1 g) (Mw 146 000-186 000) w wodzie podwójnie destylowanej (10 ml) w łaźni wodnej o temperaturze 90 °C i mieszać z prędkością 500 obr./min aż do uzyskania klarownego roztworu. Następnie dodaćH3PO4 (1 ml) do gorącego roztworu, ciągle mieszając w temperaturze RT przez 24 godziny.
    2. Wlej rozciągliwy elektrolit polimerowy do szklanej szalki Petriego i wysusz go przez noc w piecu próżniowym w temperaturze 40 °C.
      UWAGA: Grubość uformowanego GPE powinna wynosić około 1 mm.
    3. Oderwij wysuszone folie od foremek i pokrój je na próbki o średnicy 19 mm do dalszych testów.
  2. Synteza elektrolitu na matrycy polimerowej PVDF-HFP
    1. Przygotować żelowy elektrolit polimerowy metodą odlewania w roztworze. Najpierw rozpuścić PVDF-HFP (MW 400 000) (3 g) w dimetyloformamidzie (DMF, 15 ml) w pojemniku z pokrywką w temperaturze pokojowej i mieszać z prędkością 500 obr./min przez 3 godziny, aż do uzyskania jednorodnego roztworu o niskiej lepkości.
    2. Do roztworu przygotowanego w kroku 1.2.1 dodać eter diglicydylowy bisfenolu-A (DEBA; 1 g), eteru diglicydylowego poli(glikolu etylenowego) (PEGDE; 3 g) i diaminopoli(tlenek propylenu) (DPPO; 8 g) i mieszać z prędkością 500 obr./min w temperaturze otoczenia przez 6 godzin.
    3. Otrzymaną mieszaninę przelać na okrągłą płytkę z politetrafluoroetylenu lub plastikową szalkę Petriego i podgrzewać w piecu próżniowym w temperaturze 80 °C przez 24 godziny, aby odparować roztwór DMF i uzyskać pożądany GPE.
    4. Schłodzić otrzymany GPE do temperatury RT, przemyć go trzykrotnie metanolem za pomocą wirówki o stężeniu 12 329 × g przez 5 minut w celu usunięcia nieprzereagowanego monomeru i suszyć w próżni przez 12 godzin w temperaturze 60 °C.
      UWAGA: Grubość powstałego żelowego elektrolitu polimerowego wynosi około 100 μm. Otrzymany w ten sposób żelowy elektrolit polimerowy wykazał doskonałe właściwości mechaniczne, gdy stosunek wagowy PEGDE:DEBA:DPPO został zoptymalizowany do 3:1:8, a zawartość PVDF-HFP została zoptymalizowana do 20% wag.
    5. Przygotować zsyntetyzowane GPE, zanurzając porowate membrany w ciekłym elektrolicie (1 M LiPF6 w EC/DMC = 1/1, v/v) na 24 godziny w komorze rękawicowej wypełnionej argonem.
      UWAGA: Pobór ciekłego elektrolitu po namoczeniu przez 24 h wynosił około 350% wag.

2. Charakterystyka GPE

  1. Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR)
    UWAGA: Zalecamy stosowanie wsuwanego akcesorium z tłumieniem całkowitego odbicia (ATR) ze spektrometrem FTIR do zbierania przestrzennie rozdzielczych widm FTIR (wysoka rozdzielczość przestrzenna ~10 μm2) interakcji między elektrolitami na bazie matrycy polimerowej.
    1. Wybierz próbkę o odpowiednich wymiarach dla mikroskopu FTIR, aby zapewnić wysoką jakość widm za pomocą akcesorium ATR-FTIR.
    2. Skalibruj FTIR i wykonaj te same pomiary próbki w zakresie 500-4500 cm-1 z rozdzielczością 5 cm-1. Proces ten obejmuje chłodzenie detektora i pozostawienie wystarczającej ilości czasu na stabilizację.
    3. Zbierz odpowiednie widmo tła, aby odjąć je od widma próbki.
    4. W zależności od odpowiedniego celu wybierz obszar zainteresowania i skup się na tym samym obszarze do analizy.
    5. Po określeniu obszaru zainteresowania przymocuj akcesorium ATR do obiektywu mikroskopu FTIR. Opuść akcesorium ATR, aż ściśle zetknie się z próbką, a następnie zbierz sample widmo.
    6. Wykonaj przetwarzanie danych po zebraniu widm FTIR.
  2. Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD)
    1. Zmielić próbkę proszku za pomocą zaprawy agatowej. Następnie umieść proszek na uchwycie próbki dyfraktometru rentgenowskiego, aby wypełnić otwór, aż się przeleje, i dociśnij, aby uzyskać jednolitą, gładką powierzchnię. Parametry instrumentalne analizy XRD są opisane w references8,9.
    2. Przed pomiarem wzorów XRD typu foliowego w próbce, elektrolit na bazie matrycy polimerowej powinien być jak najbardziej płaski w uchwycie. Parametry instrumentalne analizy XRD były takie same, jak te opisane w kroku 2.2.1.

3. Przygotowanie kompozytowej elektrody AC

  1. Przygotuj sproszkowaną elektrodę kompozytową, mieszając AC, przewodzący węgiel i spoiwo PTFE w stosunku masowym 8:1:1 za pomocą zaprawy, aż stanie się ciastem. Dodaj kroplę izopropanolu (IPA; 0,1-0,2 ml) do ciasta i kilkakrotnie rozprowadź mieszaninę, aby dokładnie ją wymieszać.
  2. Ciasto rozwałkować za pomocą wałka do uzyskania pożądanej grubości (~100 mm) i skonstruować elektrody prądu przemiennego o promieniu 14 mm.
  3. Suszyć elektrodę prądu przemiennego w piecu w temperaturze 80 °C przez 24 godziny, aby całkowicie odparować IPA.

4. Przygotowanie i testowanie ogniw monetowych

  1. Podgrzać 15 ml H3PO 4-PVA w temperaturze 80 °C i zanurzyć elektrody prądu przemiennego w tym roztworze na 10 minut. Po zakończeniu procesu suszyć elektrody w okapie przez 4 godziny, aby odparować wodę.
  2. Ściśnij dwie elektrody prądu przemiennego twarzą w twarz, umieszczając pomiędzy nimi elektrolit polimerowy, aby utworzyć strukturę warstwową.
  3. Podobnie, aby przygotować ogniwo pastylkowe zawierające żel PVDF-HFP, zmontuj symetryczne ogniwo prądu przemiennego za pomocą elektrolitu nasączonego w kroku 4.1
    UWAGA: Rysunek 3 pokazuje schemat montażu monety-ogniwa.
  4. Aby przygotować ogniwa pastylkowe do testów, zamknij ogniwo pastylkowe 2032 nasadką na ogniwo i zaciśnij dwa lub trzy razy za pomocą ręcznej zaciskarki.

5. Metody testowania EIS, CV i GCD dla GPE PVA i PVDF-HFP

UWAGA: Potencjostaty składają się z działającego czujnika (WS), działającej elektrody (WE), elektrody odniesienia (RE) i przeciwelektrody (CE).

  1. Przed przetestowaniem systemu dwuelektrodowego należy połączyć linię WS z linią WE, która pracuje jako WE, oraz linię RE z linią CE, która pracuje jako CE.
  2. Następnie włóż baterię pastylkową do uchwytu używanego do testu elektrochemicznego i połącz linię WE i linię CE po obu stronach.
    UWAGA: Wszystkie testy zostały przeprowadzone przy użyciu przygotowanych baterii pastylkowych.
  3. Test EIS
    UWAGA: Krok "Czas odpoczynku" jest konieczny, aby ustabilizować ogniwo przed testem EIS. Program Smart Management 6 służy do ustawiania sekwencji i pomiaru wyniku elektrochemicznego.
    1. Uruchom program i ustaw plik sekwencji eksperymentu pomiarowego EIS.
    2. Kliknij opcję Eksperyment, aby wygenerować nowy plik, a następnie kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować pierwszy krok.
    3. Następnie ustaw parametry Rest Time pliku sekwencji. Ustaw kartę Formant jako Stałą. Ustaw Typ, Tryb i Zakres na karcie Konfiguracja odpowiednio jako PSTAT, Timer Stop i Auto.
    4. Przeprowadzaj złożone pomiary impedancji za pomocą systemu EIS w zakresie częstotliwości 100 kHz-0,01 Hz.
    5. Kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować następny krok.
    6. Kliknij przycisk Control i ustaw go jako EIS; dla konfiguracji ustaw Typ, Tryb i Zakres odpowiednio jako PSTAT, LOG i AUTO.
    7. Przeprowadzić EIS przy 100 kHz-0,01 Hz. W tym celu ustaw początkową (Hz) i środkową (Hz) na tę samą wartość, 100 x 103, a wartość końcową (Hz) na 1 x 10-2. Ustaw wartości odchylenia (V) na 400 x 10-3. Następnie kliknij przycisk Ref i ustaw go jako Eref.
    8. Otrzymany sygnał musi wykazywać liniową odpowiedź na zastosowany sygnał. Dlatego ustaw amplitudę (Vrms) na 10 x 10-3.
    9. Ustaw gęstość i iterację odpowiednio na 10 i 1 dla tego eksperymentu.
    10. Kliknij przycisk Zapisz jako, aby zapisać plik do testów EIS.
    11. Kliknij Zastosuj do CH, a następnie uruchom plik do testów EIS, aby uzyskać wyniki.
  4. Test CV
    UWAGA: W tym przypadku napięcie robocze zależy od rozpuszczalnika użytego do przygotowania GPE.
    1. Uruchom program, aby wygenerować plik sekwencji.
    2. Kliknij Eksperyment, aby wygenerować nowy plik, a następnie kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować pierwszy krok.
    3. Ustaw parametry pliku sekwencji: Sterowanie jako SWEEP, Typ, Tryb i Zakres w konfiguracji jako odpowiednio PSTAT, CYCLIC i AUTO, Ref jako Eref, Początkowy (V) i Środkowy (V) jako 0,0, a Końcowy (V) jako 800 x 10-3.
    4. Przeprowadzaj CV z szybkością skanowania 5, 10, 20, 50 i 100 mV/s. W tym celu utwórz pięć identycznych kroków i ustaw szybkość skanowania (V/s) na 5 x 10-3, 10 x 10-3, 20 x 10-3, 50 x 10-3 i 100 x 10-3 dla wyżej wymienionych szybkości skanowania przyjmowanych w kolejności. Ustaw pozostałe wartości parametrów jako takie same jak w kroku 5.4.3.
      1. W każdej szybkości skanowania ustaw wartość Czasy ciszy na 0, a Segmenty na 21. Wzór "2n+1" (n to liczba pożądanych cykli) został użyty do określenia wartości Segmentów. Dla warunku Odcięcie element został ustawiony jako Koniec kroku i Przejdź dalej jako Następny.
      2. W ustawieniu Różne ustaw wartość elementu na Czas(y) i OP na >=. Wartość delta wyraża warunki zbierania danych. Aby zebrać prawie 300 punktów danych przy każdej szybkości skanowania, ustaw wartość Delta na 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 i 0,0625.
      3. W przypadku testu stabilności cyklicznej ustaw szybkość skanowania (V/s) na 100 x 10-3 i ustaw Segmenty na 2001 dla testu 1000 cykli. Ustaw pozostałe wartości parametrów jako takie same jak w kroku 5.4.4.2.
    5. Aby zapisać plik sekwencyjny dla testu CV, kliknij przycisk Zapisz jako.
    6. Kliknij Zastosuj do CH i uruchom plik sekwencji testu CV, aby uzyskać wyniki.
  5. Badanie GCD
    1. Uruchom program zgodnie z opisem w kroku 5.3.1 i utwórz nowy plik do testu GCD.
    2. Kliknij Eksperyment, aby wygenerować nowy plik, a następnie kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować pierwszy krok.
    3. Ustaw parametry pliku sekwencji. Ustaw kontrolkę jako stałą. Ustaw Typ, Tryb i Zakres w konfiguracji odpowiednio jako GSTAT, Normalny i Automatyczny. Test GCD rozpoczyna się od naładowania.
    4. Ustaw ref. jako zero. Wartość prądu (A) zależy od gęstości prądu i masy elektrody. Do testu GCD wybrano gęstość prądu 1 mA/g.
      1. W przypadku warunku odcięcia kliknij pozycję i ustaw ją jako napięcie. Ustaw OP jako >=, wartość delta jako 800 x 10-3 i przejdź dalej jako następny. Dla ustawienia Różne ustaw Element jako Czas(y), OP na >=, a Wartość Delta na 1.
    5. Kliknij przycisk Dodaj, aby utworzyć następny krok (krok rozładowania).
      UWAGA: Ten krok jest ustawiony tak samo jak krok ładowania, ale bieżący kierunek jest inny.
      1. W przypadku rozładowania wartość prądu jest taka sama jak przepływ ładowania, ale kierunek prądu jest odwrotny. Ustaw wartość Current(A) tak, aby była taka sama jak w kroku 5.5.4, który jest krokiem ładowania.
      2. Dla warunku odcięcia ustaw pozycję jako napięcie, OP na <=, wartość Delta na 0 i przejdź dalej jako następny. Dla ustawienia Różne ustaw Element jako Czas(y), OP na >=, a Wartość Delta na 1.
    6. Kliknij przycisk Dodaj, aby utworzyć następny krok (krok pętli).
      1. Ustaw formant jako pętlę, a w polu Konfiguracja ustaw typ jako Cykl i Iterację na 21.
      2. Dla Warunek-1 warunku Odcięcie ustaw Element na Liście 1 jako Pętla Następna. Dla każdej gęstości prądu ustaw Go Next jako SETP-2 dla 1 mA/g.
    7. Kliknij przycisk Zapisz jako, aby zapisać plik sekwencji testu GCD.
    8. Kliknij Zastosuj do CH i uruchom plik sekwencji testu GCD, aby uzyskać wyniki.

6. Testowanie rozciągliwego żelu

  1. Przygotuj prostokątne folie żelowe o wymiarach 1 cm × 10 cm i powtórz poniższe kroki co najmniej dwa razy z różnymi próbkami, aby uzyskać rozsądną wartość.
  2. Zamocuj przygotowaną próbkę między dwoma uchwytami maszyny do prób rozciągania. W tym badaniu odstęp został ustalony na 5 cm.
  3. Ustaw żądaną wartość odstępu, regulując przycisk, aby obniżyć uchwyt na górze.
  4. Uruchom program, aby wygenerować plik sekwencji.
    1. Wybierz metodę testową. W tym przypadku wybrano test naprężeniowo-odkształceniowy.
    2. Następnie wybierz liczbę prób i zastosuj wybraną liczbę. Następnie sprawdź warunki testowe i ustaw szybkość rozciągania na 50 mm/min.
    3. Zapisz plik i zastosuj go do programu. Następnie kliknij przycisk Start.

7. Test deformacji rozciągliwego żelu

  1. Przygotuj prostokątne folie żelowe o wymiarach 1 cm × 10 cm i powtórz test dwukrotnie.
  2. Przygotować próbkę umieścić między dwoma uchwytami maszyny do prób rozciągania w odstępie 5 cm.
  3. Uruchom program, aby wygenerować plik sekwencji.
    1. Wybierz metodę testową. Tutaj wybierz test naprężeniowo-odkształceniowy.
    2. Wybierz liczbę prób i zastosuj wybraną liczbę. Następnie sprawdź warunki testowe, ustaw szybkość rozciągania na 50 mm/min, a przemieszczenie na 10 mm. Powtórz tę procedurę 10 razy.
    3. Zapisz plik i zastosuj go do programu. Następnie kliknij przycisk Start.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

PVA był szeroko stosowany jako elektrolit na bazie polimeru dla SCs, ponieważ jest biodegradowalny, niedrogi, stabilny chemicznie i nietoksyczny, ma szeroki zakres temperatur pracy i zdolność tworzenia przezroczystego filmu10,11. PVA zwiększa przewodnictwo jonowe dzięki grupom hydroksylowym, które absorbują wodę12. W tym badaniu przygotowaliśmy elektrolit żelowy na bazie PVA poprzez zmieszanieH3PO4/H2O, któ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Nasze podejście do opracowania rozciągliwych ogniw SC obejmowało syntezę GPE, a następnie ich ocenę w prototypowych ogniwach pastylkowych. W szczególności GPE oparte na PVA i PVDF-HFP zostały przetestowane w ogniwach pastylkowych z symetrycznymi elektrodami prądu przemiennego lub płytkami SUS. Kluczowe kroki w tym podejściu obejmują: 1) zapobieganie powstawaniu pęcherzyków podczas przygotowywania GPE, 2) opracowanie procedury montażu ogniw, która jest zgodna z działającym superkondensatorem oraz 3) ustawienie odpowiednie...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają do ujawnienia konfliktu interesów.

Podziękowania

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

Badania były wspierane przez Program Rozwoju Kompetencji dla Specjalistów Branżowych koreańskiego MOTIE prowadzony przez KIAT (nr P0012453, Next-generation Display Expert Training Project for Innovation Process and Equipment, Materials Engineers) oraz przez Chung-Ang University Research Scholarship Grants w 2021 roku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
1 M LiPF6 w EC/DMC=1/1, v/vSigma aldrich746738Elektrolit do elektrolitu żelowego na bazie polimerów PVDF-HFP
Węgiel aktywnySigma aldrich902470Materiał aktywny
Elektroda Ag/AgClBASiRE-5BElektroda referencyjna
SadzaSigma aldrich699632Materiał przewodzący
Diamino-poly (propylen tlenek) (DPPO)Sigma aldrich80506-64-5materiał łączący corss do elektrolitu żelowego na bazie polimeru pvdf-hfp
Eter diglicydylowy bisfenolu-A (DEBA)Sigma aldrich106100-55-4Materiał łączący corss do elektrolitu żelowego na bazie polimeru PVDF-HFP
Dimetyloformamid (DMF)SamchunD0551
Prasa do elektrodRotechMP200
EkstraktorWonA TechConvert program (surowe dane do Excela)
Izopropanol(IPA)SamchunI0346Rozpuszczalnik do topienia spoiwa
Kwas fosforowySamchun00P4277
poli(glikol etylenowy) eter diglicydylowy (PEGDE)Sigmaaldrich475696materiał łączący corss do elektrolitu żelowego na bazie polimeru pvdf-hfp
Politetrafluoroetylen( PTFE)Sigma aldrich430935Spoiwo
alkohol poliwinylowy (PVA)Sigma aldrich9002-89-5
Polifluorek winylidenu-co-heksafluoropropylen (PVDF-HFP)Sigma aldrich427160
PotencjostatWonA TechZive SP1
Elektroda PtBASiMW-018122017Elektroda przeciwelektroniczna
Smart zarządzanie 6(SM6)WonA TechProgram do ustawiania kolejności i pomiaru wyniku elektrochemicznego
Kwas siarkowySamshunS1423
Elektrolit Maszyna do prób rozciąganiaNanotechNA-50KMaszyna do prób rozciągania
Program ZmanWonA TechEIS

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Gel Polymer ElectrolyteSupercapacitor AssemblyCoin CellIonic ConductivityCyclic VoltammetryElectrochemical ImpedanceGalvanostatic Charge DischargePolyvinyl AlcoholPVDF HFPActivated Carbon Electrodes
Film wkrótce dostępny

Powiązane artykuły