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Jun 16, 2023

ポリチオフェンと単一ポリマーの二元複合材料をベースにしたスーパーキャパシタ

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11278 (2022) この記事を引用する 2173 アクセス 12 引用 メトリクスの詳細 この研究の目的は、ポリ ベースのスーパーキャパシタ電極を製造することです。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11278 (2022) この記事を引用

2173 アクセス

12 件の引用

メトリクスの詳細

この研究の目的は、ポリ (3-ヘキシル-チオフェン-2, 5-ジイル) (P3HT) と単層カーボン ナノチューブ (SWCNT) の異なる比率のナノ複合材料をベースとしたスーパーキャパシタ電極を、基板としてのグラファイト シート上に作製することです。非水電解質における広い電圧ウィンドウ。 調製された P3HT/SWCNT のナノ複合材料の構造、形態学的および電気化学的特性が研究され、議論されました。 サイクリックボルタンメトリー (CV)、定電流充放電 (GCD)、および電気化学インピーダンス分光法 (EIS) を含む電気化学的特性が調査されました。 得られた結果は、P3HT/SWCNT ナノ複合材料が、その個々のコンポーネントに存在するものよりも高い比静電容量を有することを示しました。 ナノ複合材料の高い電気化学的性能は、これらの細孔内でのイオンの拡散と電解質の浸透を促進する微孔質構造の形成によるものでした。 精製された SWCNT の形態顕微鏡写真はバッキーペーパー構造を持っていましたが、P3HT/SWCNT の顕微鏡写真は SWCNT が P3HT ナノスフェアの後ろと前に現れていることを示しました。 0.5 Ag-1 における 50% SWCNT の比容量は、純粋な P3HT の比容量 160.5 Fg-1 と比較して、245.8 Fg-1 であることが判明しました。

ポリ (3-ヘキシルチオフェン) (P3HT)、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーが発見されて以来、多くの科学者がこれらのポリマーの発光ダイオード 1、2、吸着剤 3、4、エレクトロクロミック デバイス 5、センサー 6、およびスーパーキャパシタ7、8。 電気化学スーパーキャパシタは、有望なエネルギー貯蔵デバイスとして、低エネルギー密度、高電力密度、速い充電放電速度、長いサイクル寿命を提供します9,10。 スーパーキャパシタ (SC) またはウルトラキャパシタは、電極の表面積が大きいキャパシタを指します。 SC は非常に短時間でエネルギーを収集し、急速充電が必要な場合にエネルギーを噴出することができます。 スーパーキャパシタは、充放電メカニズムに基づいて、電気二重層スーパーキャパシタ (EDLC)、擬似スーパーキャパシタ (PSC)、およびハイブリッド スーパーキャパシタに分類されます。 EDLC は静電コンデンサとも呼ばれ、EDLC 内の電荷の蓄積は、静電荷吸着機構を通じて電極/電解質界面で行われます 11、12。 このタイプの比静電容量は、比表面積、細孔サイズ、細孔形状、形態、および導電率に依存します。 PSC では、金属酸化物または導電性ポリマー上で起こる高速かつ可逆的な酸化還元反応またはファラデー反応を介して電荷を蓄積します。 電極材料の表面で起こる可逆的な酸化還元反応により、EDLC と比較して高いエネルギー密度が得られます10、13、14。

PSC材料の中でも、導電性高分子や遷移金属酸化物はSC電極として有望な材料です。 P3HT、ポリピロール、およびポリアニリンは、電気化学的可逆性、充放電プロセス中のドーピング - 脱ドーピング、および高い電気伝導率により、エネルギー貯蔵の分野で関心を集めています9,15。 可溶性導電性ポリマーとしての P3HT は、その擬似スーパーキャパシタンス挙動、独特の電気伝導性、および高いエネルギー密度のため、スーパーキャパシタ電極の製造に適しており、適しています 16。 さらに、カーボンナノ構造と組み合わせたP3HTは、電極/電解質界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積することができます。 ただし、電解質中での P3HT の膨張と収縮は機械的劣化を引き起こします 17、18、19。

単層カーボンナノチューブ (SWCNT) と多層カーボンナノチューブ (MWCNT) は、その独特の中空構造、電子伝導性、熱安定性、機械的強度により、スーパーキャパシタの電極として使用されてきました 20,21。 P3HT/SWCNT 電極は比表面積が高く、基底グラファイト面またはエッジ面を電解質に完全に露出させることができるため、電極を製造するために多くの努力がなされてきました 22、23、24、25。 ディバールら。 らは、グラフェン/SWCNT/ポリ(3-メチルチオフェン) 三元ナノ複合スーパーキャパシタ電極を調製し、0 ～ 0.8 V23 の小さな電圧ウィンドウで 551 F/g の比静電容量を達成しました。 周ら。 −０．９〜−０．１Ｖの負の窓においてポリ（３−オリゴ（エチレンオキシド））チオフェンをＳＷＣＮＴスーパーキャパシタ電極上にグラフトして作製し、３９９Ｆ／ｇ２５の比静電容量を得た。