Yöntem makalesi

Süper kapasitörler için bir jel polimer elektrolit sentezlenmesi, bir madeni para hücresi kullanılarak bir süper kapasitörün monte edilmesi ve jel elektrolit performansının ölçülmesi

DOI:

10.3791/64057

⸱

30 Kasım 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

Bu makalede

Özet

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

Bir madeni para hücresi kullanarak bir süper kapasitör jel polimer elektrolitinin elektrokimyasal ve fiziksel özelliklerini test etmek için bir protokol sunuyoruz.

Özet

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

Süper kapasitörler (SC), yüksek yoğunlukları ve uzun çevrim performansları nedeniyle enerji depolama cihazları olarak dikkat çekmiştir. Gerilebilir sistemlerde çalışan cihazlarda kullanılan SC'ler, gerilebilir elektrolitlere ihtiyaç duyar. Jel polimer elektrolitler (GPE'ler), sıvı elektrolitler için ideal bir alternatiftir. Polivinil alkol (PVA) ve poliviniliden florür-ko-hekzafloropropilen (PVDF-HFP), düşük maliyetli, kimyasal olarak kararlı, geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve yüksek iyonik iletkenlikleri nedeniyle süper kapasitörler için polimer-matris bazlı elektrolitler olarak yaygın olarak uygulanmaktadır. Burada, (1) PVA ve PVDF-HFP ile bir jel polimer elektrolitin sentezlenmesi, (2) jel polimer elektrolitlerin elektrokimyasal stabilitesinin döngüsel voltametri (CV) ile ölçülmesi, (3) jel polimer elektrolitlerin iyonik iletkenliğinin elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile ölçülmesi, (4) PVA ve PVDF-HFP bazlı jel polimer elektrolitler ile aktif karbon (AC) elektrotlar kullanılarak simetrik madeni para hücrelerinin birleştirilmesi, ve (5) 25 ° C'de galvanostatik yük-deşarj analizi (GCD) ve CV kullanarak elektrokimyasal performansın değerlendirilmesi. Ek olarak, bu deneylerden elde edilen zorlukları ve içgörüleri açıklıyoruz.

Giriş

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

Esnek SC'ler, gerilebilir ekranlar ve giyilebilir enerji cihazları ile elektronik cihazların üretimi için son yıllarda hızla büyüdü. Esnek SC'ler tipik olarak esnek bir düzenekte esnek elektrotlar1, ayırıcılar2 ve elektrolit3'ten oluşur. Bu nedenle, GPE'ler esneklikleri4, ayırıcı içermeyen yapıları, nispeten yüksek iyonik iletkenlikleri5 ve ince film oluşturma yetenekleri6 nedeniyle en etkili yapıdır.

GPE'lerin polimer matrislerini hazırlamak için son yıllarda polimetilmetakrilat (PMMA), PVDF-HFP ve PVA gibi malzemeler geliştirilmiştir. PVA ve PVDF-HFP, düşük maliyetleri, kimyasal olarak kararlı, geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve oda sıcaklığında (RT) yüksek iyonik iletkenlikleri nedeniyle özellikle SC'ler için polimer-matris bazlı elektrolitler olarak yaygın olarak uygulanmaktadır.

Burada, iki temsili polimer-matris malzemesi-PVA7 ve PVDF-HFP- için sentetik bir yöntemi ve polimer matris malzeme bazlı jel elektrolitin elektrokimyasal karakterizasyonunu açıklıyoruz. Özetle, gerilebilir SC'leri üretmek için kullanılan genel sentezi, malzeme işleme yöntemlerini ve performans değerlendirme yöntemlerini gösteriyoruz.

Esnek SC'lerde uygulama için, polimer elektrolitler aşağıdaki özellikleri göstermelidir: (1) ortam sıcaklığında yüksek iyonik iletkenlik, (2) yüksek kimyasal ve elektrokimyasal stabilite, (3) boyutsal stabilitenin iyi mekanik özellikleri ve (4) yeterli ince film işlenebilirliği. Bu özellikler EIS, CV ve çekme testleri kullanılarak doğrulandı. EIS ve CV ölçümleri bir madeni para hücresi kullanılarak gerçekleştirildi. İlk olarak, polimer-matris bazlı elektrolitin iyonik iletkenliği, empedans kullanılarak denkleme göre tahmin edildi. İkinci olarak, polimer-matris bazlı elektrolitin kimyasal ve elektrokimyasal stabiliteleri CV ve GCD testleri ile tahmin edilmiştir. Polimer-matris bazlı elektrolitlerin stabiliteleri, CV tarafından test edilen voltaj aralığının kontrol edilmesiyle gösterilmiştir. Üçüncü olarak, polimer-matris bazlı elektrolitlerin mekanik özellikleri, çekme testleri yapılarak değerlendirilmiştir.

AC simetrik hücrelere sahip PVA ve PVDF-HFP polimer matris bazlı elektrolitler kullanılarak bir madeni para hücresi üretildi. İki farklı düğme hücreli süper kapasitörün süper kapasitör performansları 25 °C'de değerlendirildi. Bu çalışma esas olarak PVA ve PVDF-HFP polimer matris bazlı elektrolitleri içerdiğinden, bu makalenin geri kalanı bu elektrolitlere odaklanmaktadır. Bu deneylerin ayrıntılı prosedürleri, yürütülmesindeki zorluklar ve bu deneylerden elde edilen içgörüler aşağıda açıklanmıştır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

1. PVA ve PVDF-HFP polimer matris bazlı elektrolitlerin sentezi

NOT: Metanol ile çalışırken, mümkün olduğunca doğrudan maruziyetten kaçınmak en iyisidir.

  1. PVA polimer-matris bazlı elektrolit sentezi
    1. PVA'yı (1 g) (Mw 146.000-186.000) çift damıtılmış suda (10 mL) 90 °C'de bir su banyosunda çözün ve berrak bir çözelti elde edilene kadar 500 rpm'de karıştırın. Daha sonra, 24 saat boyunca RT'de sürekli karıştırarak sıcak çözeltiye H3PO4 (1 mL) ekleyin.
    2. Gerilebilir polimer elektroliti bir cam Petri kabına dökün ve gece boyunca 40 °C'de vakumlu fırında kurutun.
      NOT: Şekillendirilmiş GPE'nin kalınlığı yaklaşık 1 mm olmalıdır.
    3. Kurumuş filmleri kalıplardan soyun ve daha fazla test için 19 mm'lik numuneler halinde kesin.
  2. PVDF-HFP polimer-matris bazlı elektrolit sentezi
    1. Çözelti döküm yöntemini kullanarak bir jel polimer elektrolit hazırlayın. İlk olarak, PVDF-HFP'YI (MW 400.000) (3 g) dimetilformamid (DMF, 15 mL) içinde kapaklı bir kap ile RT'de çözün ve homojen, düşük viskoziteli bir çözelti oluşana kadar 500 rpm'de 3 saat karıştırın.
    2. Adım 1.2.1'de hazırlanan çözeltiye bisfenol-A diglisidil eter (DEBA; 1 g), poli (etilen glikol) diglisidil eter (PEGDE; 3 g) ve diamino-poli (propilen oksit) (DPPO; 8 g) ekleyin ve 6 saat boyunca ortam sıcaklığında sürekli olarak 500 rpm'de karıştırın.
    3. Elde edilen karışımı yuvarlak bir politetrafloroetilen plakaya veya plastik Petri kabına dökün ve DMF çözeltisini buharlaştırmak ve istenen GPE'yi elde etmek için 80 ° C'de 24 saat vakumlu bir fırında ısıtın.
    4. Elde edilen GPE'yi RT'ye soğutun, reaksiyona girmemiş monomeri çıkarmak için 5 dakika boyunca 12.329 × g'da bir santrifüj kullanarak üç kez metanol ile yıkayın ve 60 ° C'de 12 saat vakum altında kurutun.
      NOT: Şekillendirilmiş jel polimer elektrolitin kalınlığı yaklaşık 100 μm'dir. Ortaya çıkan jel polimer elektrolit, PEGDE:DEBA:DPPO'nun ağırlık oranı 3:1:8'e optimize edildiğinde ve PVDF-HFP içeriği ağırlıkça %20'ye optimize edildiğinde mükemmel mekanik özellikler gösterdi.
    5. Argon dolgulu bir torpido gözünde 24 saat boyunca gözenekli membranları sıvı bir elektrolite (EC/DMC'de 1 M LiPF6 = 1/1, v/v) daldırarak sentezlenen GPE'leri hazırlayın.
      NOT: 24 saat bekletildikten sonra sıvı elektrolit alımı ağırlıkça yaklaşık %350 idi.

2. GPE'lerin karakterizasyonu

  1. Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi
    NOT: Polimer-matris bazlı elektrolitler arasındaki etkileşimin uzamsal olarak çözülmüş FTIR spektrumlarını (~10 μm2'lik yüksek uzamsal çözünürlük) toplamak için FTIR spektrometresi ile birlikte kaydırılmış bir zayıflatılmış toplam yansıma (ATR) aksesuarı kullanmanızı öneririz.
    1. ATR-FTIR aksesuarını kullanarak yüksek kaliteli spektrumlar sağlamak için FTIR mikroskobu için uygun boyutlara sahip bir numune seçin.
    2. FTIR'yi kalibre edin ve 500 cm-1 çözünürlükte 5-4500 cm-1 aralığında aynı numune ölçümlerini alın. Bu işlem, dedektörün soğutulmasını ve stabilizasyon için yeterli zamanın tanınmasını içerir.
    3. Örnek spektrumundan çıkarmak için uygun bir arka plan spektrumu toplayın.
    4. Uygun hedefe bağlı olarak, ilgi alanını seçin ve analiz için aynı alana odaklanın.
    5. İlgi alanını belirledikten sonra, ATR aksesuarını FTIR mikroskop objektifine takın. ATR aksesuarını numuneye yakından temas edene kadar indirin ve ardından numune spektrumunu toplayın.
    6. FTIR spektrumlarını topladıktan sonra veri işlemeyi gerçekleştirin.
  2. X-ışını kırınımı (XRD)
    1. Numune tozunu bir akik harcı kullanarak öğütün. Ardından, deliği taşana kadar doldurmak için tozu X-ışını difraktometresinin numune tutucusuna bırakın ve düzgün, pürüzsüz bir yüzey oluşturmak için bastırın. XRD analizinin enstrümantal parametreleri referans 8,9'da açıklanmıştır.
    2. Numunenin film tipi XRD modellerini ölçmeden önce, polimer matris bazlı elektroliti tutucuda mümkün olduğunca düz tutun. XRD analizinin enstrümantal parametreleri, adım 2.2.1'de tarif edilenlerle aynıydı.

3. Kompozit AC elektrodun hazırlanması

  1. AC, iletken karbon ve PTFE bağlayıcıyı bir harç kullanarak 8:1:1 kütle oranında hamur haline gelene kadar karıştırarak toz haline getirilmiş bir kompozit elektrot hazırlayın. Hamura bir damla izopropanol (IPA; 0.1-0.2 mL) ekleyin ve karışımı iyice karıştırmak için tekrar tekrar yayın.
  2. İstenilen kalınlığı (~ 100 mm) elde etmek için hamuru bir rulo kullanarak yuvarlayın ve yarıçapı 14 mm olan AC elektrotları oluşturun.
  3. IPA'yı tamamen buharlaştırmak için AC elektrodu 80 °C'de 24 saat fırında kurutun.

4. Madeni para hücresi hazırlama ve test etme

  1. 15 mL H3PO 4-PVA'yı 80 °C'de ısıtın ve AC elektrotları 10 dakika boyunca bu çözeltiye daldırın. İşlemden sonra, suyu buharlaştırmak için elektrotları bir başlıkta 4 saat kurutun.
  2. Bir sandviç yapı oluşturmak için iki AC elektrodu, arasına yerleştirilen polimer elektrolit ile yüz yüze bastırın.
  3. Benzer şekilde, PVDF-HFP jeli içeren düğme hücreyi hazırlamak için, adım 4.1'de ıslatılmış elektroliti kullanarak AC simetrik hücreyi birleştirin
    NOT: Şekil 3 , madeni para hücresi düzeneğinin bir şemasını göstermektedir.
  4. Madeni para hücrelerini teste hazırlamak için, 2032 madeni para hücresini bir hücre kapağıyla kapatın ve manuel bir kıvırma makinesi kullanarak iki veya üç kez kıvırın.

5. PVA ve PVDF-HFP GPE'ler için EIS, CV ve GCD test yöntemleri

NOT: Potansiyostatlar bir çalışma sensörü (WS), bir çalışma elektrodu (WE), bir referans elektrot (RE) ve bir karşı elektrottan (CE) oluşur.

  1. İki elektrotlu sistemi test etmeden önce, WS hattını WE olarak çalışan WE hattı ile ve RE hattını CE olarak çalışan CE hattı ile birleştirin.
  2. Ardından, düğme pili elektrokimyasal test için kullanılan tutucuya yerleştirin ve her iki taraftaki WE hattını ve CE hattını bağlayın.
    NOT: Tüm testler hazırlanan madeni para hücreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
  3. EIS testi
    NOT: EIS testinden önce hücreyi stabilize etmek için 'Dinlenme Süresi' adımı gereklidir. Smart Management 6 programı, sırayı ayarlamak ve elektrokimyasal sonucu ölçmek için kullanılır.
    1. Programı çalıştırın ve EIS ölçüm deney dizisi dosyasını ayarlayın.
    2. Yeni bir dosya oluşturmak için Deney seçeneğine tıklayın ve ardından ilk adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
    3. Ardından dizi dosyasının Dinlenme Süresi parametrelerini ayarlayın. Kontrol sekmesini Sabit olarak ayarlayın. Yapılandırma sekmesinde Tür, Mod ve Aralık'ı sırasıyla PSTAT, Zamanlayıcı Durdurma ve Otomatik olarak ayarlayın.
    4. 100 kHz-0.01 Hz frekans aralığında bir EIS sistemi kullanarak karmaşık empedans ölçümleri yapın.
    5. Bir sonraki adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
    6. Kontrol düğmesine tıklayın ve EIS olarak ayarlayın; Yapılandırma için Tür, Mod ve Aralık'ı sırasıyla PSTAT, LOG ve AUTO olarak ayarlayın.
    7. EIS'yi 100 kHz-0.01 Hz'de gerçekleştirin. Bunun için Başlangıç (Hz) ve Orta (Hz) değerlerini aynı değer, 100 x 103 ve Son (Hz) değerini 1 x 10-2 olarak ayarlayın. Önyargı (V) değerlerini 400 x 10-3 olarak ayarlayın. Ardından Ref butonuna tıklayın ve Eref olarak ayarlayın.
    8. Ortaya çıkan sinyal, uygulanan sinyale doğrusal bir yanıt göstermelidir. Bu nedenle, genliği (Vrms) 10 x 10-3 olarak ayarlayın.
    9. Bu deney için Yoğunluk ve Yineleme'yi sırasıyla 10 ve 1 olarak ayarlayın.
    10. Dosyayı EIS testi için kaydetmek için Farklı Kaydet düğmesine tıklayın.
    11. CH'ye Uygula'ya tıklayın ve sonuçları almak için dosyayı EIS testi için çalıştırın.
  4. CV testi
    NOT: Bu durumda, çalışma voltajı GPE'yi hazırlamak için kullanılan çözücüye bağlıdır.
    1. Sıra dosyasını oluşturmak için programı çalıştırın.
    2. Yeni bir dosya oluşturmak için Deney'e tıklayın ve ardından ilk adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
    3. Sıra dosyasının parametrelerini ayarlayın: SWEEP olarak Kontrol, Yapılandırmada Tür, Mod ve Aralık sırasıyla PSTAT, CYCLIC ve AUTO olarak, Ref olarak Eref, İlk (V) ve Orta (V) 0.0 olarak ve Final (V) 800 x 10-3 olarak.
    4. CV'yi 5, 10, 20, 50 ve 100 mV/s tarama hızlarında gerçekleştirin. Bunun için beş özdeş adım oluşturun ve tarama hızını (V/s) yukarıda belirtilen sırayla alınan tarama hızları için 5 x 10-3, 10 x 10-3, 20 x 10-3, 50 x 10-3 ve 100 x 10-3 olarak ayarlayın. Diğer parametre değerlerini adım 5.4.3'teki değerlerle aynı şekilde ayarlayın.
      1. Her tarama hızında, Sessiz Zaman(lar) değerini 0 ve Segmentleri 21 olarak ayarlayın. Segmentlerin değerini belirlemek için "2n+1" formülü (n, istenen döngü sayısıdır) kullanıldı. Kes Kapat koşulu için, Öğe Adım Sonu ve Sonraki Olarak Sonraki Ol olarak ayarlandı.
      2. Çeşitli ayarında, Öğe Değerini Zaman(lar) ve OP'yi >= olarak ayarlayın. Delta Değeri, veri toplama koşullarını ifade eder. Her tarama hızında yaklaşık 300 veri noktası toplamak için Delta Değerini 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 ve 0,0625 olarak ayarlayın.
      3. Döngü stabilite testi için tarama hızını (V/s) 100 x 10-3 olarak ayarlayın ve 2001 döngü testi için Segmentleri 1000 olarak ayarlayın. Diğer parametre değerlerini adım 5.4.4.2'deki değerlerle aynı şekilde ayarlayın.
    5. CV testi için sıra dosyasını kaydetmek için Farklı Kaydet düğmesine tıklayın.
    6. CH'ye Uygula'ya tıklayın ve sonuçları almak için CV testinin sıra dosyasını çalıştırın.
  5. GCD testi
    1. Programı adım 5.3.1'de belirtildiği gibi çalıştırın ve GCD testi için yeni bir dosya oluşturun.
    2. Yeni bir dosya oluşturmak için Deney'e tıklayın ve ardından ilk adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
    3. Dizi dosyasının parametrelerini ayarlayın. Denetimi Sabit olarak ayarlayın. Yapılandırmada Tür, Mod ve Aralığı sırasıyla GSTAT, Normal ve Otomatik olarak ayarlayın. GCD testi bir ücretlendirme ile başlar.
    4. Ref.'i sıfır olarak ayarlayın. Akım (A) değeri, akım yoğunluğuna ve elektrot ağırlığına bağlıdır. GCD testi için 1 mA/g'lik bir akım yoğunluğu seçildi.
      1. Kesme koşulu için, Öğe'ye tıklayın ve Voltaj olarak ayarlayın. OP'yi >=, Delta Değerini 800 x 10-3 olarak ayarlayın ve Sonraki olarak Sonraki Git. Çeşitli ayarı için, Öğeyi Zaman(lar), OP'yi >= ve Delta Değerini 1 olarak ayarlayın.
    5. Bir sonraki adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın (Boşaltma adımı).
      NOT: Bu adım, şarj adımıyla aynı şekilde ayarlanmıştır, ancak akım yönü farklıdır.
      1. Deşarj için akımın değeri şarj akışı ile aynıdır, ancak akım yönü tam tersidir. Current(A) değerini, bir şarj işlemi adımı olan 5.5.4 adımıyla aynı olacak şekilde ayarlayın.
      2. Kesme koşulu için, Öğeyi Voltaj olarak, OP'yi <= olarak, Delta Değerini 0 olarak ayarlayın ve Sonraki olarak Sonraki Git. Çeşitli ayar için, Öğeyi Zaman(lar), OP'yi >= ve Delta Değerini 1 olarak ayarlayın.
    6. Bir sonraki adımı (Döngü adımı) oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      1. Control'ü Loop (Döngü) olarak ayarlayın ve Configuration (Yapılandırma) için Type (Tür) seçeneğini Cycle (Döngü) ve Iteration (Yineleme) olarak 21 olarak ayarlayın.
      2. Kesme koşulunun Koşul-1'i için, Liste 1'deki Öğeyi Sonraki Döngü olarak ayarlayın. Her akım yoğunluğu için, 2 mA/g için Sonrakine Git'i SETP-1 olarak ayarlayın.
    7. GCD testinin sıra dosyasını kaydetmek için Farklı Kaydet düğmesine tıklayın.
    8. CH'ye Uygula'ya tıklayın ve sonuçları almak için GCD testinin sıra dosyasını çalıştırın.

6. Gerilebilir jel testi

  1. 1 cm × 10 cm boyutlarında dikdörtgen şekilli jel filmler hazırlayın ve makul bir değer elde etmek için aşağıdaki adımları farklı numunelerle en az iki kez tekrarlayın.
  2. Hazırlanan numuneyi çekme test makinesinin iki tutamağı arasına sabitleyin. Bu çalışmada boşluk 5 cm olarak belirlenmiştir.
  3. Üst kısımdaki tutamağı alçaltmak için düğmeyi ayarlayarak istenen boşluk değerini ayarlayın.
  4. Sıra dosyasını oluşturmak için programı çalıştırın.
    1. Test yöntemini seçin. Burada gerilme-gerinim testi seçilmiştir.
    2. Ardından, deneme sayısını seçin ve seçilen sayıyı uygulayın. Ardından test koşullarını kontrol edin ve esneme hızını 50 mm/dk olarak ayarlayın.
    3. Dosyayı kaydedin ve programa uygulayın. Ardından, Başlat düğmesine tıklayın.

7. Gerilebilir jel deformasyon testi

  1. 1 cm × 10 cm boyutlarında dikdörtgen şekilli jel filmler hazırlayın ve testi iki kez tekrarlayın.
  2. Hazırlanan numuneyi çekme test makinesinin iki tutamağı arasına 5 cm boşluk ile sabitleyin.
  3. Sıra dosyasını oluşturmak için programı çalıştırın.
    1. Test yöntemini seçin. Burada, gerilme-gerinim testini seçin.
    2. Deneme sayısını seçin ve seçilen sayıyı uygulayın. Ardından, test koşullarını kontrol edin, germe hızını 50 mm/dk'ya ve yer değiştirmeyi 10 mm'ye ayarlayın. Bu işlemi 10 kez tekrarlayın.
    3. Dosyayı kaydedin ve programa uygulayın. Ardından, Başlat düğmesine tıklayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

PVA, biyolojik olarak parçalanabilir, ucuz, kimyasal olarak kararlı ve toksik olmaması, geniş bir çalışma sıcaklığı aralığına sahip olması ve şeffaf film oluşturma kabiliyetine sahip olması nedeniyle SC'ler için polimer-matris bazlı bir elektrolit olarak yaygın olarak uygulanmıştır10,11. PVA, suyu emen hidroksil grupları nedeniyle iyonik iletkenliği artırır12. Bu çalışmada proton kaynağı olarak görev yapan H3PO4/H

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Gerilebilir SC'ler geliştirme yaklaşımımız, GPE'lerin sentezini ve bunların prototipik madeni para hücrelerinde müteakip değerlendirmesini içeriyordu. Özellikle, PVA ve PVDF-HFP tabanlı GPE'ler, simetrik AC elektrotları veya SUS plakaları olan madeni para hücrelerinde test edildi. Bu yaklaşımdaki kritik adımlar şunları içerir: 1) GPE'lerin hazırlanması sırasında kabarcık oluşumunu önlemek, 2) çalışan bir süper kapasitör ile uyumlu bir hücre montaj prosedürü geliştirmek ve 3) uygun bir de...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

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

Araştırma, KIAT (No. P0012453, İnovasyon Süreci ve Ekipmanı, Malzeme Mühendisleri için Yeni Nesil Ekran Uzmanı Eğitim Projesi) tarafından işletilen Kore MOTIE'nin Endüstri Uzmanları için Yetkinlik Geliştirme Programı ve 2021'de Chung-Ang Üniversitesi Araştırma Bursu Hibeleri tarafından desteklendi.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
EC/DMC=1/1, v/vSigma aldrich746738Pvdf-HFP polimer bazlı jel elektrolit için
karbonSigma aldrich902470Aktif malzeme
Ag/AgCl elektrotBASiRE-5BReferans elektrot
Karbon siyahıSigma aldrich699632İletken malzeme
Diamino-poli (propilen oksit) (DPPO) Sigmaaldrich80506-64-5pvdf-HFP polimer bazlı jel elektrolit için corss bağlama malzemesi
Bisfenol-A'nın diglisidil eteri (DEBA)Sigma aldrich106100-55-4pvdf-HFP polimer bazlı jel elektrolit için corss bağlama malzemesi
Dimetilformamid (DMF)SamchunD0551
Elektrot presleme makinesiRotechMP200
ExtractorWonA TechConvert programı (ham verileri Excel'e dönüştürme
İzopropanol (IPA)SamchunI0346Bağlayıcıyı eritmek için çözücü
Fosforik asitSamchun00P4277
poli (etilen glikol) diglisidil eter (PEGDE)Sigma aldrich475696pvdf-HFP polimer bazlı jel elektrolit Politetrafloroetilen için corss bağlama malzemesi
PTFE)Sigma aldrich430935Bağlayıcı
polivinil alkol (PVA)Sigma aldrich9002-89-5
Poliviniliden florür-ko-heksafloropropilen (PVDF-HFP)Sigma aldrich427160
PotansiyostatWonA TechZive SP1
Pt elektrotBASiMW-018122017Karşı elektrot
Smart yönetim 6 (SM6)WonA TechElektrokimyasal sonucun ayarlanması ve ölçülmesi programı
Sülfürik asitSamshunS1423Elektrolit
Çekme test cihazıNanotechNA-50Kçekme test makinesi
ZmanWonA TechEIS programı
1 M LiPF6 Aktif )

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

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

İlgili makaleler