환원그래핀옥사이드(rGO) 기반 에어로겔로 만든 유연한 슈퍼커패시터(SC)는 일반적으로 낮은 에너지 밀도, 짧은 주기 수명 및 나쁜 유연성으로 어려움을 겪습니다. 이 연구에서, 준비된 초경량 rGO 에어로겔에 전착 폴리아닐린 어레이를 통해 rGO 에어로겔 기반 슈퍼커패시터의 전기화학적 성능을 향상시키기 위한 새로운 합성 전략이 개발되었습니다. rGO 표면에서 성장하는 코팅된 폴리아닐린(PANI) 어레이가 있는 새로운 하이브리드 복합 재료는 3D rGO 에어로겔의 가교 프레임워크 구조의 풍부한 개방 기공 및 우수한 전도성과 PANI의 높은 정전 용량 기여를 최대한 활용할 수 있습니다. 얻어진 하이브리드 복합재는 432 F g -1 의 비정전용량으로 우수한 전기화학적 성능을 나타냅니다. 1A g -1 의 전류 밀도에서 , 10,000번의 충전/방전 주기 후에도 85%를 유지하는 강력한 사이클링 안정성과 25W h kg의 높은 에너지 밀도 -1 . 또한 유연한 전고체 슈퍼 커패시터는 직선 상태에서 90° 상태까지 다양한 굽힘 상태에서 뛰어난 유연성과 안정성을 제공합니다. 고성능의 유연한 전고체 SC는 조명 테스트와 함께 휴대용 전자 제품의 응용 프로그램에 가능함을 보여줍니다.
<섹션 데이터-제목="배경">디스플레이 패널, 발광 다이오드(LED) 및 다양한 센서와 같은 현대 전자 제품에 대한 수요 증가는 유연한 에너지 저장 장치의 급속한 발전을 촉진했습니다. 에너지 저장 제품군의 중요한 구성원인 유연한 슈퍼커패시터(SC)는 각각 기존 커패시터 및 배터리에 비해 놀라운 용량 성능, 높은 전력 밀도 및 에너지 밀도로 인해 점점 더 집중되고 있습니다[1,2,3,4]. 지금까지는 명백한 발전에도 불구하고 전극 재료의 상대적으로 열악한 성능으로 인해 유연한 SC의 활용도가 크게 제한되어 있으므로 전극 재료의 선택이 여전히 매우 중요합니다[5,6,7,8,9].
지금까지 전극 재료는 크게 탄소 재료, 금속 산화물 및 전도성 고분자의 세 가지 주요 그룹으로 나뉩니다. 그 중 전기이중층 커패시터(EDLC)용 탄소계 재료는 큰 비표면적, 높은 전기전도성, 긴 사이클 안정성의 장점을 가지고 있지만 낮은 비정전용량으로 인해 더 많은 적용이 제한된다[10,11, 12]. 이에 반해 유사 축전기용 금속 산화물과 전도성 고분자는 충방전 과정에서 패러딕 반응으로 인한 추가 정전용량 기여로 인해 비정전용량이 높지만 사이클 수명이 짧아 이러한 재료 기반 SC 개발에 걸림돌이 되고 있다[13]. 따라서 탄소 재료와 금속 산화물/전도성 고분자 재료의 나노복합체 합성에 대한 광범위한 보고서가 발표되었는데, 이는 개별 나노구조의 고유한 특성과 가능한 시너지 효과를 결합하기 때문입니다. 예를 들어, He et al. [14] 제작된 3D 그래핀-MnO2 화학 기상 증착(CVD) 및 전기화학 증착 방법을 사용하는 복합 네트워크 및 비정전용량은 465F g -1 입니다. 81.2%의 주기 성능(5000 주기). Meng et al. [15] 최대 385F g -1 의 특정 정전용량 값을 제공하는 템플릿 여과 및 중합에 의해 3D rGO-PANI 필름을 개발했습니다. 전류 밀도에서 0.5A g -1 . Xin et al. fig는 전기화학적 층간삽입을 통해 유연한 흑연 시트에 자립형 그래핀을 in-situ 성장시켜 그래핀 기반 복합체를 제조한 다음 그래핀 표면에 폴리아닐린을 전착시켰으며, 제조된 전극은 비정전용량이 491.3 F g -1 . 이러한 나노복합체는 우수한 전기화학적 성능을 나타내지만 전극의 기계적 특성, 특히 유연한 SC에 중요한 역할을 하는 기계적 특성에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았습니다.
이 연구에서는 3D rGO 에어로겔/폴리아닐린 어레이 하이브리드 전극을 기반으로 하는 새로운 유연한 전고체 슈퍼커패시터를 기계적 프레싱 및 전착 공정을 통해 제작했습니다. 원래 무게의 4000배를 지탱하고 꽃의 수술에 설 수 있는 우수한 기계적 특성을 지닌 초경량 3D rGO 에어로젤은 PANI 어레이의 성장을 위한 이상적인 프레임워크로 사용될 수 있어 유연한 모든 -고체 전극. 하이브리드 복합재는 432F g -1 의 높은 비정전용량의 장점으로 더욱 입증되었습니다. , 우수한 속도 성능(전류 밀도 20배 증가 후 81.4%) 및 우수한 에너지 밀도(25 W h kg -1 681W kg -1 의 전력 밀도에서 ). 더 중요한 것은 개발된 전고체 SC는 오랜 시간 측정한 다양한 굽힘 상태 상태에서 뛰어난 유연성과 뛰어난 안정성을 가지고 있다는 것입니다.
3D rGO 에어로겔은 1단계 자기조립 열수 공정에 의해 합성되었습니다[16]. 60mL의 2mg mL -1 균질한 GO 수성 분산액을 100mL 테플론 라이닝된 오토클레이브에 밀봉하고 180°C에서 12시간 동안 유지했습니다. 그런 다음 오토클레이브를 실온으로 자연 냉각하고 준비된 rGO 하이드로겔을 여과지로 꺼내 표면 물을 제거했습니다. 이어서, 제조된 rGO 하이드로겔을 직경 약 10mm, 두께 약 1mm의 작은 조각으로 절단하고 -83°C에서 48시간 동안 동결 건조하였다. 그런 다음 롤러 프레스의 도움으로 3D-rGO 슬라이스를 스테인리스 스틸 와이어 메쉬(활물질의 크기는 1 × 1 cm임)에 직접 눌러 3D-rGO 기반 에어로겔을 얻었습니다.
준비된 3D-rGO 필름을 작업 전극으로, Pt 플레이트를 상대 전극으로, Hg/Hg2를 사용하여 3전극 구성으로 전착 실험을 수행했습니다. SO4 (토. K2 SO4 ) 전극을 기준 전극으로 사용합니다. 전해질은 0.05M 아닐린 및 1M H2와 혼합되었습니다. SO4 해결책. 전착은 2mA · cm -2 의 전류 밀도에서 수행되었습니다. 실온에서 7000초 동안 전착 PANI에 사용된 3D-rGO의 면적은 1 × 1 cm였습니다. 물, 무수에틸알코올로 세척하고, 상온 진공오븐에서 24시간 건조하여 하이브리드 복합재료를 제조하였다. 비교를 위해 전기중합으로 제조된 아닐린 어레이도 같은 방식으로 스테인리스 강선에 직접 성장시켰다.
주사전자현미경(SEM, MAGEELLIAN-400)과 투과전자현미경(TEM, JEOL JSM-2010 F)으로 시료의 표면 형태와 미세구조를 조사하였다. X선 회절(XRD)은 40kV, 250mA 및 스캔 각도 10°~70°에서 작동하는 Cu Kα 방사선(λ =1.54056 Å)을 사용하여 Japan Rigaku 2550 X선 분말 회절계 시스템에서 기록되었습니다. 샘플의 분자 구조를 식별하기 위해 514nm 레이저를 사용하여 라만 분광법(Renishaw)으로 라만 스펙트럼을 수집했습니다. X선 광전자 분광법 테스트(XPS)는 샘플의 표면 화학적 상태를 특성화하기 위해 VG ESCALAB MK II 전자 분광계로 측정되었습니다. 샘플의 전기화학적 실험은 주변 온도(약 20°C)에서 CHI 760E 전기화학적 워크스테이션(Shanghai Chenhua Instrument Company Instruments, 중국)과 전기화학적 워크스테이션(IVIUM, 네덜란드)을 사용하여 수행되었습니다.
특정 정전용량은 다음 공식에 따라 방전 곡선에서 계산되었습니다.
$$ C=\frac{I\times \varDelta \mathrm{t}}{\mathrm{m} \times \varDelta \mathrm{V}} $$ (1)여기서 C (F g −1 )은 샘플의 비정전용량, I (A)는 방전 전류, Δt (s)는 방전 시간, m (g) 활물질의 질량, ΔV 방전 중 잠재적인 강하입니다.
유연한 전고체 SC를 기반으로 하는 에너지 밀도와 전력 밀도는 다음 방정식에서 계산할 수 있습니다.
$$ E=\frac{C\times \varDelta {\mathrm{V}}^2}{2} $$ (2) $$ P=\frac{E}{t} $$ (3)E 위치 는 에너지 밀도(W h kg -1 )입니다. ), 피 전력 밀도(W kg -1 ), C 유연한 전고체 SC의 총 정전용량을 나타냅니다. ∆V 는 방전 과정 중 잠재적인 하락이며 t 방전 시간[17]입니다.
2단계 절차로 구성된 제조 절차가 그림 1에 나와 있습니다. 단계 I:이전 보고서에 따라 1단계 자체 조립 열수 공정을 통해 3D rGO 에어로겔 모노리스(약 47.6mg)를 합성했습니다[16]. 전극으로 편리하게 테스트하기 위해 3D rGO 에어로젤을 약 1mm 두께의 조각으로 절단했습니다. 2단계:준비된 조각을 일반 정사각형 영역(1 × 1 cm 2 )으로 세척한 스테인리스 스틸 메쉬에 더 눌러야 합니다. ) 롤러 프레스로. 절연 테이프의 도움으로 2mA cm -2 전류 밀도에서 정전류 전기 중합법을 통해 PANI 박막을 3D rGO 에어로겔 표면에 코팅했습니다. . 3D 프레임에서 PANI 나노구조를 성장시키는 다른 기술과 비교할 때, 정전류 전착은 3D rGO의 외부 및 내부 기공 표면에서 PANI 어레이의 균일한 성장을 가능하게 할 수 있습니다. 또한, 생성된 PANI 어레이 필름은 3D rGO와 PANI를 긴밀하게 연결하도록 할 수 있어 유연한 전고체 SC의 굽힘 특성에 적합합니다[18].
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(i의 제작 과정에 대한 그림 ) 단일체(a)에서 3D rGO 에어로겔 조각 , b - 3D rGO 에어로겔의 기계적 특성) 및 (ii ) 기계적 프레싱 및 전착 방법을 통한 하이브리드 복합재
rGO, 순수 PANI 및 하이브리드 복합 재료는 SEM으로 먼저 분석되었습니다. 그림 2a는 동결 건조된 rGO의 일반적인 SEM 이미지를 보여줍니다. 그래핀 시트의 표면이 비교적 매끄럽다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 이는 유사한 크기의 전착 폴리아닐린 어레이에 적합한 기질 역할을 할 수 있습니다(그림 2b) [19] . 그림 2c, d에 표시된 것처럼 하이브리드 복합 재료의 SEM 이미지에서 PANI 나노콘이 3차원 rGO의 전체 표면에서 균질하고 직립으로 성장하는 것을 볼 수 있습니다. PANI 나노콘의 분포 상황을 설명함으로써, 3차원 환원그래핀옥사이드층의 내부 표면에서 PANI의 핵형성 및 성장 과정이 발생했음을 명시적으로 유추할 수 있었다. TEM으로 하이브리드 복합 재료를 자세히 관찰하면 PANI 나노콘이 환원된 산화 그래핀 층에 단단히 부착되어 그래핀 시트가 응집되는 것을 효과적으로 방지한다는 것을 보여줍니다[20]. 흥미롭게도 하이브리드 복합 재료의 나노구조는 전착 공정에 의해 제어될 수 있습니다. 약한 증착은 PANI 필름의 희소성과 점성을 유발하고 rGO와의 시너지 효과를 실현하기 위한 과잉 증착의 어려움으로 이어집니다. 대조적으로 최적의 증착 시간은 7000초입니다.
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(a의 일반적인 SEM 이미지 ) rGO, (b ) 순수한 PANI 및 (c , d ) 하이브리드 합성물 및 다른 배율. (e의 TEM 이미지 ) 하이브리드 합성물
준비된 재료의 결정화 및 상 조성은 또한 그림 3a에 제시된 XRD를 사용하여 특성화되었습니다. PANI의 경우 회절 피크가 26°에서 나타나며, 이는 전기중합된 PANI가 비정질 상태의 비결정 구조임을 확인시켜 줍니다[21]. 약 21.8°를 중심으로 하는 넓은 회절 피크가 rGO에 대해 관찰될 수 있으며, 이는 흑연 결정 구조의 존재를 나타냅니다[22]. 전기중합된 PANI 및 rGO와 비교하여 하이브리드 복합 복합재료는 15°-30° 사이의 넓은 피크를 갖지만 가장 강한 피크는 26.2°로 약간 이동합니다. 이는 전기중합된 샘플에서 측정된 피크의 중첩을 시각적으로 설명할 수 있습니다. 각각 PANI 및 rGO. 형성된 하이브리드 복합재 구조는 전극 재료로 사용하기에 충분히 안정적이라는 점에 유의해야 합니다. 약한 물리적 흡착보다는 화학 결합을 조사하기 위해 얻은 샘플을 그림 3b와 같이 라만 스펙트럼으로 추가 검증했습니다. rGO의 경우 1341cm -1 에서 두 개의 피크가 나타납니다. 및 1581cm -1 rGO의 D 및 G 밴드에 각각 일치합니다. 순수한 PANI의 라만 스펙트럼은 1172, 1346, 1422 , 에서 특징적인 피크를 나타냅니다. 및 1600cm -1 C-H, C-N, C =N 및 C =C 결합[23]에 해당합니다. 하이브리드 복합 재료의 경우 D 밴드는 1363cm -1 에 위치합니다. 및 G 밴드는 1583cm -1 에 위치합니다. , 각각 [24]. I(D)/I(G)의 값이 감소하는데, 이는 PANI와 rGO의 Monomer보다 규칙적인 구조와 결정 구조의 결함이 적은 하이브리드 복합 재료를 나타냅니다[22].
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아 X선 회절(XRD) 패턴; ㄴ 하이브리드 복합 재료, PANI 및 rGO의 라만 스펙트럼; ㄷ 하이브리드 복합 복합 필름의 X-선 광전자 스펙트럼(XPS) 스펙트럼; d –f 하이브리드 복합재의 N 1 s,C 1 s 및 O 1 s 영역 각각의 XPS 데이터
XPS는 그림 3c에 표시된 하이브리드 복합 재료의 표면 구성을 모니터링하는 데 사용되었습니다. 그림 3d는 N1s 스펙트럼을 나타내며 PANI에 기인한 몇 가지 새로운 유형의 질소 함유 기능이 하이브리드 복합 재료의 스펙트럼에 나타납니다. 새로운 그룹에는 결합 에너지가 각각 398.8, 399.4 및 401eV를 중심으로 하는 퀴노이드 아민 그룹(=N-), 벤조노이드 아민 질소(–NH–) 및 양의 질소 양이온 라디칼(N+)이 포함됩니다[25, 26 ]. N+의 높은 비율은 또한 질소 양성자가 하이브리드 복합 재료에서 성공적으로 도핑되고 전기 전도도를 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 동시에 285.6eV의 웰 피크는 C1s 스펙트럼의 화학 결합 C-N에 할당될 수 있습니다(그림 3e에서 볼 수 있음)는 PANI와 3D rGO도 잘 연결되어 있음을 나타냅니다[27]. 그림 3f는 O1s 스펙트럼을 제공합니다. C =O, C-O 및 H-O-H의 결합에 해당하는 531.1, 532.1 및 533.4eV의 3개 피크는 물 또는 기타 산소 분자 그룹의 존재로 인해 나타납니다[28]. 위의 모든 분석 결과는 PANI가 3D rGO의 표면에 단단히 증착되었음을 증명하며, 이는 유연하고 견고한 자체 지지 구조에 유리합니다.
하이브리드 복합 전극의 기본 특성화 후, 1M H2의 3전극 전지에서 전기화학적 연구가 수행되었습니다. SO4 수성 전해질, Pt 상대 전극 및 Hg/Hg2 SO4 기준 전극. 하이브리드 복합재 전극의 질량 부하는 약 2.5mg이고 두께는 약 30-40μm입니다. rGO, 순수 PANI 및 하이브리드 복합 재료의 CV 곡선이 그림 4a에 표시되었습니다. 하이브리드 복합 재료의 닫힌 영역이 동일한 질량의 rGO 및 순수 PANI보다 더 큰 것을 보여줍니다. 즉, 하이브리드 복합재료의 정전용량 성능은 3개의 서로 다른 전극 중에서 가장 우수합니다. rGO의 CV 곡선에는 충방전 과정에서 두 개의 넓은 피크가 있는데, 이는 rGO에 작용기의 작은 부분이 존재한다고 설명할 수 있습니다[29]. 이러한 작용기는 전착 과정에서 PANI의 접착에 유리합니다. 순수한 PANI의 CV 곡선은 규칙적인 모양으로 전도성 고분자의 유사 정전용량 거동을 나타냅니다. 그림 4b는 1A g -1 의 전류 밀도에서 샘플의 GCD 곡선을 보여줍니다. . rGO 전극의 경우 충방전 곡선의 모양은 탄소 재료의 이론적인 모델에 해당하는 이등변 삼각형입니다. 특정 커패시턴스(432 F g −1 ) 1 A g -1 에서 하이브리드 복합 재료 214 F g −1 에 비해 훨씬 높습니다. rGO 및 98 F g −1 파니. 하이브리드 복합 재료의 전기화학적 성능을 더 조사하기 위해 그림 4c와 같이 보다 자세한 테스트를 수행했습니다. 하이브리드 합성물의 CV 곡선은 다른 스캔 속도에서 구현되었습니다[30]. 이는 PANI의 류코메랄딘 염기 상태와 에메랄딘 염 상태, 에메랄딘 염 및 페르니그라닐린 염기 상태 사이에서 변환되는 PANI의 존재에 의한 유사 정전용량으로 인해 곡선에 여러 환원 및 산화 피크가 있음을 나타냅니다[15]. 스캔 속도가 1에서 100mV로 증가하는 경우 s -1 , 음극 피크는 양으로 이동하고 양극 피크는 전극의 저항으로 인해 음으로 이동합니다[31]. 1, 2, 5 및 10A g -1 의 다양한 전류 밀도에서 하이브리드 복합 재료의 GCD 곡선 그림 4d에 제공되었습니다. 충방전 과정에서 이중층 커패시턴스와 의사 커패시턴스 간의 시너지 효과로 인해 명백한 방전 안정기가 관찰될 수 있으며, 이는 환원된 산화 그래핀과 PANI에 해당합니다. 그림 4는 특정 커패시턴스와 속도 기능을 보여줍니다. 전류 밀도가 1A에서 20A로 변경되었을 때 하이브리드 복합 재료의 비정전용량은 81.4%를 유지합니다. −1 , 높은 비 커패시턴스와 우수한 속도 기능을 모두 갖춘 하이브리드 복합 재료를 시연합니다. 그런 다음 그림 4f와 같이 전기 화학적 임피던스 스펙트럼(EIS)을 사용하여 전자 전도도를 테스트했습니다. Nyquist plot은 Insert에 나타난 고주파수 영역의 반원 부분과 저주파 영역의 거의 직선 부분으로 구성되어 있다. 등가직렬저항(Rs)은 전해질, 전극재료의 이온저항의 고유저항과 전극과 집전체의 접촉저항을 포함하는 X축의 절편에 해당한다. 하이브리드 복합 재료의 Rs, rGO 및 순수 PANI는 각각 0.4, 0.45 및 0.33Ω이고 계면 전하 이동 저항(Rct)은 패러딕 반응 및 전극/전해질 계면에서의 EDLC(Cdl)와 관련이 있습니다. 활물질의 전도도[32]와 전해질 이온의 이온 거동[33]은 1.9, 2.8, 7.2Ω의 값으로 계산할 수 있으며, 이는 복합 재료의 경우 rGO 나노시트가 이온 확산 특성을 개선하고 어느 정도 전하 이동 저항. Warburg 저항(Zw)은 전해질에서 이온 확산/수송의 주파수 의존성으로 인해 발생하며 CPE는 Zw와 관련된 일정한 위상각 요소입니다.
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3 전극 시스템에서 측정. 아 20mV s -1 스캔 속도에서 하이브리드 복합 재료, rGO 및 순수 PANI의 CV 곡선 1백만 H2 후 SO4 . ㄴ 1A g -1 전류 밀도에서 하이브리드 복합 재료, rGO 및 PANI의 정전류 충전-방전 곡선 . ㄷ 다양한 스캔 속도에서 합성된 하이브리드 합성물의 CV 곡선. d 다양한 전류 밀도에서 복합 재료의 정전류 충전-방전 곡선. 이 1M H2의 서로 다른 전류 밀도에서 하이브리드 복합 재료, rGO 및 순수 PANI 전극에 대한 비정전용량 플롯 SO4 수성 전해질; 에 1M H2에서 하이브리드 복합 재료, rGO 및 순수 PANI 전극의 Nyquist 플롯 SO4 수성 전해질. 삽입된 그림은 Nyquist 곡선의 확대된 고주파수 영역을 보여줍니다.
하이브리드 복합 재료의 우수한 전도성을 활용하여 PVA-H2로 모든 고체 SC를 제작했습니다. SO4 겔 전해질. SC의 전기화학적 성능은 2전극 시스템에서 테스트되었습니다[34]. 그림 5a는 다양한 스캔 속도에서 0~0.8V 범위의 전고체 SC의 CV 곡선을 보여줍니다. SC 기반 하이브리드 복합 재료의 곡선 영역이 rGO 및 순수 PANI의 곡선 영역보다 큰 것이 분명합니다. GCD 곡선에서 하이브리드 복합 재료, rGO 및 PANI 기반 SC의 방전 시간과 비교하여(그림 5b), 하이브리드 복합 재료는 가장 긴 방전 시간을 가지며 우수한 전기화학적 성능을 설명합니다. 게다가, SC를 기반으로 한 하이브리드 복합 재료의 가장 작은 IR 방울은 이것이 SC의 유망한 전극 재료로 사용될 수 있음을 나타냅니다[35]. SC 기반 하이브리드 복합 재료의 전기화학적 성능을 추가로 조사하기 위해 다양한 스캔 속도에서 CV 곡선을 테스트했습니다. 그림 5c에서 하이브리드 복합 재료의 CV 곡선은 명백한 변형을 보여주며, 이는 PVA-H2에서 전극 재료의 부적절한 응답으로 설명될 수 있습니다. SO4 겔 전해질 [36]. 그림 5d는 1, 2, 5, 10 및 20A g -1 의 다양한 전류 밀도에서 GCD 곡선을 보여줍니다. . 다양한 스캔 속도에서 하이브리드 복합 재료의 Ragon 플롯이 그림 5e에 표시되었습니다. 전력 밀도가 증가함에 따라 에너지 밀도는 인치 단위로 감소합니다. 하이브리드 복합 재료를 기반으로 하는 전고체 SC의 에너지 밀도는 최대 25W hkg에 도달할 수 있습니다. -1 681W kg -1 의 전력 밀도에서 15.7 W h -1 유지 20kW kg -1 의 전력 밀도에서 kg [37]. 사이클 성능은 SC의 중요한 매개변수입니다. 따라서 그림 5f는 10,000 정전류 충전/방전 사이클로 취한 하이브리드 복합 재료의 사이클 성능을 제공합니다. 10,000번의 충방전 후에도 SC 기반 하이브리드 복합재료의 경우 초기값의 85%가 유지되었습니다. 이것은 SC의 긴 주기 수명을 증명합니다[38]. 처음 500주기 동안 팽창 및 수축으로 인한 폴리머 열화로 인해 비정전용량이 갑자기 감소한 후 그래핀과 PANI 간의 시너지 효과로 하이브리드 복합 필름이 다음 주기에서 안정적으로 유지될 수 있습니다. 또한 3D rGO 필름의 3D 전도성 네트워크는 충전/방전 과정에서 수직 PANI 나노콘 어레이의 효과적인 변형 완화를 제공합니다. 복합 재료와 비교하여 순수 PANI는 일반적으로 사이클 수명에서 결함이 있는 성능을 처리했습니다. 처음 2000 주기 동안 PANI의 정전 용량 유지가 급격히 감소하여 내부 구조가 붕괴되고 변경되었음을 나타냅니다. 또한, PANI의 나노콘 어레이 구조는 충방전 과정에서 점차 사라집니다.
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PVA-H2를 사용하는 유연한 전고체 SC 형태의 2전극 시스템에서 측정 SO4 (아 ) 20mV s -1 의 스캔 속도에서 하이브리드 합성물, rGO 및 순수 PANI의 CV 곡선 . ㄴ 1A g -1 전류 밀도에서 하이브리드 복합 재료, rGO 및 PANI의 정전류 충전-방전 곡선 . ㄷ 다양한 스캔 속도에서 합성된 하이브리드 합성물의 CV 곡선. d 다양한 전류 밀도에서 복합 재료의 정전류 충전-방전 곡선. 이 하이브리드 복합 재료 유연한 전고체 SC의 라곤 플롯. 에 1A g -1 의 전류 밀도에서 하이브리드 복합 재료의 유연한 전고체 슈퍼 커패시터의 사이클링 안정성
소자의 실용화를 고려하여 하이브리드 복합재 SC의 유연성도 측정하였다. 그림 6a는 전극과 유연한 전고체 SC의 클로즈업 사진(왼쪽)을 표시하고 오른쪽 부분은 0°에서 180°까지 다양한 굽힘 비율에서 유연한 SC의 디지털 사진을 보여줍니다. 굽힘 시험의 경우 그림 6b에서 다양한 굽힘 조건에서 CV 곡선의 영역이 무시할 수 있는 차이를 나타내며 우수한 유연성 안정성을 나타냄을 알 수 있습니다[38, 39]. 또한, 직렬 조합의 SC는 작동 전압을 높이기 위해 통합되었습니다. 빨간색 LED는 대기 주변 조건에서 직렬로 SC에 의해 켜졌으며, 이는 그림 6c에 표시된 것처럼 유연한 전고체 SC를 기반으로 하는 하이브리드 복합 재료의 장기 안정성을 시사합니다[40, 41]. 이러한 모든 유연성 테스트와 조명 테스트는 휴대용 전자 제품의 애플리케이션에 가능함을 보여줍니다[42].
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아 다양한 굽힘 상태에서 하이브리드 복합 전극, 유연한 전고체 SC 및 SC의 디지털 이미지. ㄴ 0°, 90°, 180°의 다양한 굽힘 각도로 20mV/s의 유연한 전고체 SC를 기반으로 하는 하이브리드 복합 재료의 CV 곡선. ㄷ 하이브리드 복합 소재 기반의 유연한 전고체 SC 모듈에 의해 주야간 조건에서 점등되는 적색 LED의 디지털 이미지
결론적으로, 3D rGO/폴리아닐린 어레이 하이브리드 복합 재료를 기반으로 하는 유연한 전고체 SC가 제작되었습니다. 얻어진 하이브리드 복합재는 432 F g -1 의 비정전용량을 가집니다. 1A g -1 의 전류 밀도에서 , 10,000회 충전/방전 주기 후 정전 용량 유지율이 85%인 강력한 사이클링 안정성을 제공합니다. 표면적으로는 전고체 슈퍼커패시터가 25Whkg -1 의 우수한 에너지 밀도를 보였습니다. 681Wkg -1 의 전력 밀도 . 하이브리드 복합 재료 기반 SC의 우수한 성능은 특수 3D 구조와 3D rGO 에어로겔 및 PANI 어레이의 시너지 효과에 기인할 수 있습니다. 또한, 제작된 SC는 다양한 굽힘 상태에서 뛰어난 유연성과 뛰어난 안정성을 가지고 있습니다. 결합된 높은 기계적 및 전기화학적 특성을 고려할 때 하이브리드 복합 재료 기반의 유연한 전고체 SC는 웨어러블 전자 제품에 특히 유망합니다.
나노물질
초록 투명 전도성 전극(TCE)으로서 그래핀의 적용은 단결정 그래핀의 높은 비용 또는 다결정 그래핀의 투명도와 시트 저항 사이의 균형으로 인해 방해를 받아 왔습니다. 이 연구에서 우리는 IR 레이저 재단을 통해 투명도를 높이고 낮은 시트 저항을 유지하기 위해 다층 그래핀 필름 그리드(MGFG)를 제작할 것을 제안합니다. MGFG의 투명도는 200배까지 증가할 수 있으며 경쟁력 있는 면저항은 340Ω sq−1로 낮게 유지될 수 있음이 입증되었습니다. 맞춤 그리드 조정을 통해 해당 성능 지수(FoM)가 0.1에서 3.6으로 증가합니다
초록 현탁된 단층 그래핀은 가시광선 및 적외선 대역에서 약 2.3%의 흡수율을 나타내어 광전자 응용 분야를 제한합니다. 그래핀의 흡수 효율을 크게 증가시키기 위해 이중층 그래핀 도파관에 결합된 실리콘 어레이를 포함하는 중적외선 영역에서 조정 가능한 이중 대역 및 편광에 둔감한 간섭성 완전 흡수체(CPA)가 제안되었습니다. FDTD 방법에 따라 이중 대역 완전 흡수 피크는 각각 9611 nm 및 9924 nm에서 달성됩니다. 또한, 중심 대칭 특성으로 인해 제안된 흡수체도 편광에 둔감함을 보여줍니다. 한편, 간섭성 흡수 피크는 두
