blog

Jun 16, 2023

Supercapacitor baseado em compósito binário polimérico de politiofeno e single

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 11278 (2022) Citar este artigo 2173 Acessos 12 Citações Detalhes de métricas O objetivo deste trabalho é fabricar eletrodo de supercapacitor baseado em poli

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 11278 (2022) Citar este artigo

2173 Acessos

12 citações

Detalhes das métricas

O objetivo deste trabalho é fabricar eletrodos supercapacitores baseados em nanocompósitos de poli (3-hexil-tiofeno-2, 5-diil) (P3HT) e nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) com diferentes proporções sobre uma folha de grafite como substrato com uma ampla janela de tensão em eletrólito não aquoso. Propriedades estruturais, morfológicas e eletroquímicas dos nanocompósitos preparados de P3HT/SWCNTs foram estudadas e discutidas. As propriedades eletroquímicas incluíram voltametria cíclica (CV), carga-descarga galvanostática (GCD) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foram investigadas. Os resultados obtidos indicaram que o nanocompósito P3HT/SWCNTs possui capacitância específica superior à presente em seu componente individual. O alto desempenho eletroquímico do nanocompósito deveu-se à formação de estrutura microporosa que facilita a difusão de íons e a penetração de eletrólitos nesses poros. As micrografias morfológicas dos SWCNTs purificados tinham estrutura buckypaper, enquanto as fotomicrografias dos P3HT/SWCNTs mostraram que os SWCNTs aparecem atrás e na frente das nanoesferas P3HT. A capacitância específica de 50% SWCNTs a 0,5 Ag-1 foi de 245,8 Fg-1 em comparação com a do P3HT puro de 160,5 Fg-1.

Desde a descoberta de polímeros condutores como poli (3-hexiltiofeno) (P3HT), polipirrol e polianilina, muitos cientistas têm trabalhado na busca de aplicações para esses polímeros como diodos emissores de luz1,2, adsorventes3,4, dispositivos eletrocrômicos5, sensores6 e supercapacitores7,8. Supercapacitores eletroquímicos como dispositivos promissores de armazenamento de energia fornecem baixa densidade de energia, alta densidade de potência, taxa de descarga de carga rápida e ciclo de vida longo . Supercapacitores (SC) ou ultracapacitores têm apontado para capacitores com grande área superficial dos eletrodos. Os SCs podem coletar energia em um tempo muito curto para fornecer um jato de energia quando uma carga rápida é necessária. Com base no mecanismo de carga e descarga, os supercapacitores são categorizados em supercapacitores elétricos de camada dupla (EDLCs), pseudosupercapacitores (PSC) e supercapacitores híbridos. Os EDLCs também são chamados de capacitores eletrostáticos e o armazenamento de carga nos EDLCs ocorre na interface eletrodo/eletrólito através do mecanismo de adsorção de carga eletrostática . A capacitância específica deste tipo depende da área de superfície específica, tamanho dos poros, formato dos poros, morfologia e condutividade elétrica. Nos PSCs, as cargas são armazenadas por meio de reações redox ou farádicas rápidas e reversíveis que ocorrem em óxidos metálicos ou polímeros condutores. As reações redox reversíveis ocorridas na superfície dos materiais dos eletrodos produzem alta densidade de energia em comparação aos EDLCs10,13,14.

Entre os materiais PSC, polímeros condutores e óxidos de metais de transição são materiais promissores como eletrodos SC. P3HT, polipirrol e polianilina estão interessados ​​na área de armazenamento de energia devido à sua reversibilidade eletroquímica, dopagem-desdopagem durante o processo de carga-descarga e alta condutividade elétrica . O P3HT como polímero condutor solúvel é adequado e apropriado para a fabricação de eletrodos supercapacitores devido ao seu comportamento de pseudosupercapacitância, condutividade elétrica única e alta densidade de energia . Além disso, o P3HT combinado com nanoestruturas de carbono pode armazenar a carga na dupla camada elétrica formada na interface eletrodo/eletrólito. No entanto, o inchaço e o encolhimento do P3HT nos eletrólitos levam à degradação mecânica .

Nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) têm sido usados ​​como eletrodos para supercapacitores devido à sua estrutura oca única, condutividade eletrônica, estabilidade térmica e resistência mecânica . Muitos esforços têm sido feitos para fabricar eletrodos P3HT / SWCNTs devido à sua alta área superficial específica, que pode expor inteiramente os planos basais de grafite ou os planos de borda ao eletrólito . Dhibar et al. preparou eletrodos supercapacitores nanocompósitos ternários de grafeno / SWCNTs / poli (3-metiltiofeno) e alcançou uma capacitância específica de 551 F / g com uma pequena janela de tensão entre 0 e 0, 8 V23. Zhou et al. poli (3-oligo (óxido de etileno)) tiofeno enxertado e fabricado no eletrodo supercapacitor SWCNTs na janela negativa de -0,9 a -0,1 V e obteve uma capacitância específica de 399 F / g .