Supercondensadores flexibles basados en matrices de polianilina Electrodos de aerogel de grafeno recubiertos
Resumen
Los supercondensadores flexibles (SC) fabricados con aerogel a base de óxido de grafeno reducido (rGO) generalmente sufren de baja densidad de energía, ciclo de vida corto y mala flexibilidad. En este estudio, se desarrolló una nueva estrategia sintética para mejorar el rendimiento electroquímico del supercondensador basado en aerogel rGO mediante matrices de polianilina de electrodeposición en el aerogel rGO ultraligero preparado. Los nuevos compuestos híbridos con matrices de polianilina recubierta (PANI) que crecen en la superficie rGO pueden aprovechar al máximo el rico poro abierto y la excelente conductividad de la estructura de reticulación del aerogel 3D rGO y la alta contribución de capacitancia del PANI. Los compuestos híbridos obtenidos exhiben un excelente rendimiento electroquímico con una capacitancia específica de 432 F g -1 a la densidad de corriente de 1 A g -1 , estabilidad de ciclo robusta para mantener el 85% después de 10,000 ciclos de carga / descarga y alta densidad de energía de 25 W h kg -1 . Además, el supercondensador flexible totalmente de estado sólido tiene una flexibilidad superior y una estabilidad excepcional en diferentes estados de flexión, desde el estado recto hasta el estado de 90 °. Los SC totalmente sólidos y flexibles de alto rendimiento junto con las pruebas de iluminación demuestran que es posible para aplicaciones en electrónica portátil.
Antecedentes
La creciente demanda de productos electrónicos modernos, como paneles de visualización, diodos emisores de luz (LED) y varios sensores, ha facilitado el rápido avance de los dispositivos flexibles de almacenamiento de energía. Los supercondensadores flexibles (SC) como un miembro importante de la familia de almacenamientos de energía han atraído cada vez más concentración debido a su sensacional rendimiento de capacidad, alta densidad de potencia y densidad de energía en comparación con los condensadores y baterías tradicionales, respectivamente [1, 2, 3, 4]. Con mucho, a pesar de los avances obvios, la utilidad de los SC flexibles está muy limitada debido al rendimiento relativamente bajo de los materiales de los electrodos, por lo que la elección de los materiales de los electrodos sigue siendo muy importante [5,6,7,8,9].
Hasta ahora, los materiales de los electrodos se dividen principalmente en tres grupos principales:materiales de carbono, óxidos metálicos y polímero conductor. Entre ellos, los materiales a base de carbono para condensadores eléctricos de doble capa (EDLC) poseen las ventajas de una gran superficie específica, alta electroconductividad y estabilidad de ciclo largo; sin embargo, la baja capacitancia específica ha limitado su aplicación posterior [10,11, 12]. Por el contrario, los óxidos metálicos y el polímero conductor para pseudocondensadores tienen una capacitancia específica alta debido a la contribución de capacitancia adicional de la reacción farádica en el proceso de carga-descarga, pero el ciclo de vida corto dificulta estos desarrollos de SC basados en materiales [13]. Por lo tanto, se han presentado informes extensos para sintetizar los nanocompuestos de materiales de carbono y óxidos metálicos / materiales poliméricos conductores debido a que combinan propiedades únicas de nanoestructuras individuales y posiblemente efectos sinérgicos. Por ejemplo, He et al. [14] grafeno 3D-MnO 2 fabricado redes compuestas que utilizan el método de deposición química de vapor (CVD) y deposición electroquímica y su capacitancia específica es de 465 F g -1 con un rendimiento de ciclo del 81,2% (5000 ciclos). Meng y col. [15] desarrolló una película 3D rGO-PANI mediante filtración de plantilla y polimerización que proporciona un valor de capacitancia específico de hasta 385 F g -1 a la densidad de corriente 0.5 A g -1 . Xin y col. fig preparó un compuesto a base de grafeno mediante el crecimiento in situ de un grafeno autoportante en una hoja de grafito flexible mediante intercalación electroquímica y luego electrodepositó la polianilina en la superficie del grafeno, el electrodo preparado tiene una capacitancia específica 491,3 F g -1 . Aunque esos nanocomposites exhiben un excelente desempeño electroquímico, se ha prestado poca atención a las propiedades mecánicas de los electrodos, que también juegan un papel crucial, especialmente para los SC flexibles.
En este estudio, se fabricaron nuevos supercondensadores flexibles de estado sólido basados en electrodos híbridos de matriz de aerogel / polianilina 3D rGO mediante un prensado mecánico y seguido de un proceso de electrodeposición. El aerogel ultraligero 3D rGO con excelentes propiedades mecánicas, que podría soportar 4000 veces su peso original y pararse sobre el estambre de la flor, se puede utilizar como el marco ideal para el crecimiento de la matriz PANI, facilitando la estabilidad mecánica mejorada de todos los flexibles. -electrodo de estado sólido. Los compuestos híbridos se demostraron además con las ventajas de una alta capacitancia específica de 432 F g -1 , excelente capacidad de velocidad (81,4% después de que la densidad de corriente aumenta 20 veces) y buena densidad de energía (25 W h kg -1 a la densidad de potencia de 681 W kg -1 ). Más importante aún, los SC desarrollados totalmente de estado sólido tienen una flexibilidad superior y una estabilidad excepcional en diferentes estados de flexión con mediciones de tiempo prolongado.
Métodos
Síntesis de 3D rGO Aerogel
El aerogel 3D rGO se sintetizó mediante un proceso hidrotermal autoensamblado de un solo paso [16]. A 60 mL de 2 mg mL -1 Se selló una dispersión acuosa homogénea de GO en un autoclave revestido de teflón de 100 ml y se mantuvo a 180 ° C durante 12 h. Luego, el autoclave se enfrió naturalmente a temperatura ambiente y los hidrogeles de rGO preparados se sacaron con un papel de filtro para eliminar el agua de la superficie. Posteriormente, los hidrogeles de rGO preparados como se prepararon se cortaron en pequeñas rodajas con un diámetro de aproximadamente 10 mm y un grosor de aproximadamente 1 mm y se sometieron a liofilización por debajo de -83 ° C durante 48 h. Luego, con la ayuda de una prensa de rodillos, la rodaja 3D-rGO se presionó directamente sobre la malla de alambre de acero inoxidable (el tamaño del material activo era 1 × 1 cm) y se obtuvo el aerogel basado en 3D-rGO.
Proceso de electrodeposición para el crecimiento de compuestos híbridos flexibles
Los experimentos de electrodeposición se llevaron a cabo en una configuración de tres electrodos con la película 3D-rGO preparada como electrodo de trabajo, una placa de Pt como contraelectrodo y Hg / Hg 2 SO 4 (sat. K 2 SO 4 ) electrodo como electrodo de referencia. El electrolito se mezcló con anilina 0,05 M y H 2 1 M SO 4 solución. La electrodeposición se realizó a una densidad de corriente de 2 mA · cm -2 durante 7000 sa temperatura ambiente. El área de 3D-rGO empleada para la electrodeposición de PANI fue de 1 x 1 cm. Después de lavar con agua, alcohol etílico absoluto y secar a temperatura ambiente en un horno de vacío durante 24 h, se prepararon los compuestos híbridos. A modo de comparación, las matrices de anilina preparadas por electropolimerización crecieron directamente sobre el alambre de acero inoxidable de la misma manera.
Caracterización
La morfología de la superficie y la microestructura de las muestras se investigaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, MAGELLIAN-400) y microscopio electrónico de transmisión (TEM, JEOL JSM-2010 F), respectivamente. La Difracción de Rayos X (XRD) se registró en un sistema de difractómetro de polvo de rayos X de Japón Rigaku 2550 con radiación Cu Kα (λ =1.54056 Å) operando a 40 kV, 250 mA y el ángulo de exploración de 10 ° a 70 °. Los espectros Raman se recogieron mediante espectroscopía Raman (Renishaw), utilizando un láser de 514 nm para identificar la estructura molecular de las muestras. Las pruebas de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) se midieron con un espectrómetro de electrones VG ESCALAB MK II para caracterizar los estados químicos de la superficie de las muestras. Los experimentos electroquímicos de las muestras se llevaron a cabo utilizando una estación de trabajo electroquímica CHI 760E (Shanghai Chenhua Instrument Company Instruments, China) y una estación de trabajo electroquímica (IVIUM, Países Bajos) a temperatura ambiente (aproximadamente 20 ° C).
Cálculo
Las capacitancias específicas se calcularon a partir de las curvas de descarga de acuerdo con la fórmula siguiente:
$$ C =\ frac {I \ veces \ varDelta \ mathrm {t}} {\ mathrm {m} \ veces \ varDelta \ mathrm {V}} $$ (1)donde C (F g −1 ) es la capacitancia específica de la muestra, I (A) es la corriente de descarga, Δt (s) es el tiempo de descarga, m (g) es la masa del material activo y ΔV es la caída potencial durante la descarga.
La densidad de energía y la densidad de potencia basadas en SC flexibles totalmente de estado sólido se pueden calcular a partir de las siguientes ecuaciones:
$$ E =\ frac {C \ times \ varDelta {\ mathrm {V}} ^ 2} {2} $$ (2) $$ P =\ frac {E} {t} $$ (3)Donde E es la densidad de energía (W h kg -1 ), P es la densidad de potencia (W kg -1 ), C presenta la capacitancia total de los SC flexibles totalmente de estado sólido, ∆V es la caída potencial durante el proceso de descarga, y t es el tiempo de descarga [17].
Resultados y discusión
El procedimiento de fabricación consistió en un procedimiento de dos pasos que se ilustra en la Fig. 1. Paso I:El monolito de aerogel 3D rGO (aproximadamente 47,6 mg) se sintetizó mediante un proceso hidrotermal autoensamblado de un solo paso de acuerdo con los informes anteriores [16]. Para probar cómodamente el electrodo, el aerogel 3D rGO se cortó en rodajas con un grosor de aproximadamente 1 mm. Paso II:Las rodajas preparadas deben presionarse aún más sobre la malla de acero inoxidable limpia con el área cuadrada regular (1 × 1 cm 2 ) por la prensa de rodillos. Con la ayuda de la cinta aislante, se recubrió la superficie de aerogel 3D rGO con una película delgada de PANI mediante un método de electropolimerización galvanostática a una densidad de corriente de 2 mA cm -2 . En comparación con otras técnicas para hacer crecer nanoestructuras PANI en el marco 3D, la electrodeposición galvanostática puede permitir el crecimiento uniforme de matrices PANI en la superficie de los poros exterior e interior del 3D rGO. Además, la generación de películas de matriz PANI puede hacer que 3D rGO y PANI estén conectados estrechamente, lo que es apropiado para la propiedad de flexión de los SC flexibles totalmente de estado sólido [18].
Ilustración para el proceso de fabricación de ( i ) Rodajas de aerogel 3D rGO del monolito ( a , b - propiedades mecánicas del aerogel 3D rGO) y ( ii ) compuestos híbridos mediante un método de prensado mecánico y electrodeposición
Los compuestos rGO, PANI puro e híbridos se analizaron primero mediante SEM. La Figura 2a muestra una imagen SEM típica de rGO liofilizado, se puede ver claramente que la superficie de las láminas de grafeno es relativamente lisa, lo que puede servir como sustrato adecuado para matrices de polianilina electrodepositadas con tamaño similar (Fig. 2b) [19] . A partir de la imagen SEM de compuestos híbridos, como se muestra en la Fig. 2c, d, podemos ver las nanoconas PANI homogéneas y crecer erguidas en toda la superficie de rGO tridimensional. Al exponer la situación distribuida de las nanoconas de PANI, se podría inferir explícitamente que los procesos de nucleación y crecimiento de PANI ocurrieron en la superficie interna de las capas de óxido de grafeno reducidas en 3D. Con una observación más cercana de los compuestos híbridos por TEM, se muestra que las nanoconas de PANI están unidas firmemente a las capas reducidas de óxido de grafeno, lo que evita eficazmente que las hojas de grafema se agreguen [20]. Curiosamente, la nanoestructura de los compuestos híbridos se puede controlar mediante el proceso de electrodeposición. La deposición débil conduce a la escasez y viscosidad de la película PANI y la dificultad de sobredeposición para lograr el efecto de sinergia con rGO; por el contrario, encontramos que el tiempo óptimo de deposición es de 7000 s.
Imágenes SEM típicas de ( a ) rGO, ( b ) PANI puro y ( c , d ) compuestos híbridos y con diferentes aumentos. Imágenes TEM de ( e ) compuestos híbridos
La cristalización y la composición de fase de los materiales preparados también se caracterizaron usando XRD como se presenta en la Fig. 3a. Para PANI, los picos de difracción aparecen a 26 °, lo que confirma que el PANI electropolimerizado es una estructura no cristalina con estado amorfo [21]. Se puede observar un pico de difracción amplio centrado en alrededor de 21,8 ° para rGO, que revela la presencia de estructura cristalina grafítica [22]. En comparación con el PANI y rGO electropolimerizados, el compuesto de composites híbridos tiene un pico ancho entre 15 ° -30 °, pero el pico más intenso se desplaza ligeramente hacia los 26,2 °, lo que puede explicarse visualmente por la superposición de los picos medidos en la muestra electropolimerizada. PANI y rGO, respectivamente. Cabe señalar que la estructura de los compuestos híbridos formados es lo suficientemente estable como para usarla como material de electrodo. Con el fin de examinar los enlaces químicos en lugar de una adsorción física débil, las muestras obtenidas se verificaron adicionalmente mediante el espectro Raman, como se muestra en la Fig. 3b. Para rGO, aparecen dos picos a 1341 cm -1 y 1581 cm -1 confrom a las bandas D y G de la rGO, respectivamente. El espectro Raman del PANI puro presenta picos característicos en 1172, 1346, 1422 , y 1600 cm -1 correspondiente al enlace C-H, C-N, C =N y C =C [23]. Para compuestos híbridos, la banda D se ubica en 1363 cm -1 y la banda G se ubica a 1583 cm -1 , respectivamente [24]. El valor de I (D) / I (G) disminuye, lo que indica que los compuestos híbridos con una estructura ordenada y los defectos de la estructura cristalina es menor que el monómero de PANI y rGO [22].
un Patrones de difracción de rayos X (XRD); b Espectro Raman de compuestos híbridos, PANI y rGO; c Espectro de fotoelectrones de rayos X (XPS) de películas compuestas de compuestos híbridos; d - f Datos XPS de las regiones N 1 s, C 1 s y O 1 s de los compuestos híbridos, respectivamente
Se utilizaron XPS para controlar la composición de la superficie de los compuestos híbridos que se muestra en la Fig. 3c. La Figura 3d muestra el espectro de N1s, aparecieron varios tipos nuevos de funcionalidades que contienen nitrógeno atribuidas a PANI en el espectro de compuestos híbridos. El nuevo grupo incluye los grupos de amina quinoide (=N-), el nitrógeno amina bencenoide (–NH–) y el radical catiónico positivamente nitrógeno (N +) con una energía de unión centrada en 398,8, 399,4 y 401 eV, respectivamente [25, 26 ]. La alta proporción de N + también ilustra que los protones de nitrógeno se dopan con éxito en compuestos híbridos y pueden mejorar la conductividad eléctrica. Simultáneamente, se puede asignar un pico de pozo a 285.6 eV al enlace químico C-N en el espectro de C1s, que se encuentra en la Fig. 3e, lo que indica que PANI y 3D rGO también están bien conectados [27]. La Figura 3f proporciona el espectro de O1s, tres picos en 531.1, 532.1 y 533.4 eV correspondientes al enlace de C =O, C-O y H-O-H aparecieron debido a la presencia de agua u otros grupos de moléculas de oxígeno [28]. Todos los resultados del análisis anterior demuestran que los PANI se depositaron firmemente en la superficie de 3D rGO, lo que es beneficioso para una estructura autoportante flexible y resistente.
Después de la caracterización elemental de los electrodos compuestos híbridos, los estudios electroquímicos se llevaron a cabo en una celda de tres electrodos en 1 M H 2 SO 4 electrolito acuoso, con un contraelectrodo de Pt y un Hg / Hg 2 SO 4 electrodo de referencia. La carga de masa de los electrodos de compuestos híbridos es de aproximadamente 2,5 mg y el grosor es de aproximadamente 30 a 40 μm. Las curvas CV de rGO, PANI puro y compuestos híbridos se muestran en la Fig. 4a. Muestra que el área cerrada de los compuestos híbridos es mayor que la de rGO y PANI puro con la misma masa. En otras palabras, el rendimiento capacitivo de los compuestos híbridos es el mejor entre los tres electrodos diferentes. Para las curvas CV de la rGO, existen dos picos amplios en el proceso de carga-descarga, lo que se puede explicar que en la rGO existe una pequeña porción de grupos funcionales [29]. Estos grupos funcionales son favorables para la adhesión del PANI durante el proceso de electrodeposición. La curva CV del PANI puro es una forma regular, que revela el comportamiento de pseudocapacitancia del polímero conductor. La Figura 4b muestra las curvas GCD de la muestra a una densidad de corriente de 1 A g -1 . Para los electrodos rGO, la forma de las curvas de carga-descarga es un triángulo isósceles, correspondiente al modelo teórico de los materiales de carbono. La capacitancia específica (432 F g −1 ) de los compuestos híbridos a 1 A g -1 es mucho más alta en comparación con 214 F g −1 de rGO y 98 F g −1 de PANI. Para investigar más a fondo el rendimiento electroquímico de los compuestos híbridos, se llevaron a cabo pruebas más detalladas, como se muestra en la Fig. 4c. Las curvas CV de compuestos híbridos compuestos se implementaron a diferentes velocidades de exploración [30]. Muestra que hay varios picos de reducción y oxidación en las curvas debido a la pseudocapacidad por presencia de PANI, que se transforma entre estados de base leucoemeraldina y estados de sal de esmeralda de PANI, y estados de sal de esmeralda y base de pernigranilina [15]. Cuando la velocidad de escaneo aumenta de 1 a 100 mV s -1 , los picos catódicos cambian a positivo y los picos anódicos a negativo debido a la resistencia del electrodo [31]. Las curvas GCD de compuestos híbridos a diferentes densidades de corriente de 1, 2, 5 y 10 A g -1 se proporcionaron en la Fig. 4d. En el proceso de carga-descarga, se puede observar una meseta de descarga obvia debido al efecto sinérgico entre la capacitancia de doble capa y la pseudocapacitancia, correspondiente a óxido de grafeno reducido y PANI. La Figura 4e ilustra la capacidad específica y la capacidad de velocidad. La capacitancia específica de los compuestos híbridos retiene el 81,4% cuando la densidad de corriente cambia de 1 a 20 A g −1 , demostrando los compuestos híbridos con alta capacitancia específica y buena capacidad de velocidad. Luego, se emplearon los espectros de impedancia electroquímica (EIS) para probar la conductividad electrónica, como se muestra en la Fig. 4f. Los gráficos de Nyquist constaban de una parte de semicírculo en la región de alta frecuencia y una parte de línea casi recta en la región de baja frecuencia mostrada en el inserto. La resistencia en serie equivalente (Rs) corresponde a la intersección en el eje X, incluida la resistencia intrínseca de la resistencia iónica del electrolito, los materiales del electrodo, así como la resistencia de contacto entre el electrodo y el colector de corriente. La R de los compuestos híbridos, rGO y PANI puro es 0.4, 0.45 y 0.33 Ω, respectivamente, y la resistencia de transferencia de carga interfacial (Rct), se relaciona con reacciones farádicas y EDLC (Cdl) en la interfaz electrodo / electrolito, que ilustra la La conductividad del material activo [32] y el comportamiento iónico de los iones electrolitos [33], se pueden calcular con el valor de 1.9, 2.8 y 7.2 Ω, lo que sugiere que, en cuanto a los compuestos, las nanohojas rGO mejoran la propiedad de difusión de iones y reducen la resistencia a la transferencia de carga hasta cierto punto. La resistencia de Warburg (Zw) es causada por la dependencia de la frecuencia de la difusión / transporte de iones en el electrolito y el CPE es el elemento de ángulo de fase constante relacionado con Zw.
Medida en sistema de tres electrodos. un Curvas CV de compuestos híbridos, rGO y PANI puro a una velocidad de escaneo de 20 mV s -1 en 1 M H 2 SO 4 . b Curvas de carga-descarga galvanostática de compuestos híbridos, rGO y PANI a una densidad de corriente de 1 A g -1 . c Curvas CV de compuestos híbridos compuestos a diferentes velocidades de escaneo. d Curvas de carga-descarga galvanostática de compuestos híbridos compuestos a diferentes densidades de corriente. e Gráfico de capacitancia específica para compuestos híbridos, rGO y electrodo PANI puro a diferentes densidades de corriente en 1 M H 2 SO 4 electrolito acuoso; f Gráficos de Nyquist de compuestos híbridos, rGO y electrodo PANI puro en 1 M H 2 SO 4 electrolito acuoso. La figura insertada muestra las regiones de alta frecuencia ampliadas de las curvas de Nyquist
Aprovechando la buena conductividad de los compuestos híbridos, fabricamos un SC de estado sólido en PVA-H 2 SO 4 electrolito en gel. El rendimiento electroquímico de los SC se probó con el sistema de dos electrodos [34]. La Figura 5a muestra las curvas CV de los SC totalmente de estado sólido en el rango de 0 a 0,8 V a las diferentes velocidades de exploración. Está claro que el área de la curva de los compuestos híbridos basados en SC es mayor que la de rGO y PANI puro. En comparación con el tiempo de descarga de los compuestos híbridos, SC basados en rGO y PANI en las curvas GCD (Fig. 5b), los compuestos híbridos poseen el tiempo de descarga más largo, lo que demuestra su rendimiento electroquímico superior. Además, las gotas de IR más pequeñas de los compuestos híbridos basados en SC indican que se puede utilizar como un material de electrodo prometedor para SC [35]. Con el fin de investigar más a fondo el rendimiento electroquímico de los compuestos híbridos basados en SC, se probaron las curvas CV en las distintas velocidades de exploración. En la Fig. 5c, las curvas CV de los compuestos híbridos muestran la deformación obvia, que puede explicarse por la respuesta inadecuada de los materiales de los electrodos en el PVA-H 2 SO 4 electrolito en gel [36]. La Figura 5d muestra curvas GCD en las diferentes densidades de corriente de 1, 2, 5, 10 y 20 A g -1 . El gráfico de Ragone de compuestos híbridos a diferentes velocidades de exploración se muestra en la Fig. 5e. Con densidades de potencia crecientes, las densidades de energía se reducen en pulgadas. La densidad de energía del SC totalmente de estado sólido basado en compuestos híbridos puede alcanzar hasta 25 W h kg -1 a la densidad de potencia de 681 W kg -1 y sigue siendo de 15,7 W h -1 kg a una densidad de potencia de 20 kW kg -1 [37]. El rendimiento del ciclo es un parámetro importante para los SC. Entonces, la Fig. 5f proporciona el rendimiento del ciclo de los compuestos híbridos, tomado con 10,000 ciclos de carga / descarga galvanostática. Incluso después de 10,000 ciclos de carga / descarga, el 85% del valor inicial se mantuvo para los compuestos híbridos basados en SC. Esto evidencia el largo ciclo de vida del SC [38]. Hay una disminución repentina de la capacitancia específica a medida que se degrada el polímero debido al hinchamiento y la contracción durante los primeros 500 ciclos, luego el efecto sinérgico entre el grafeno y el PANI hace posible que la película compuesta híbrida se mantenga estable en los siguientes ciclos. Además, la red conductora 3D de la película 3D rGO proporciona la relajación de deformación efectiva de las matrices de nanoconos verticales PANI durante el proceso de carga / descarga. En comparación con los compuestos, el PANI puro procesa comúnmente un rendimiento deficiente en el ciclo de vida. Mientras que en los primeros 2000 ciclos, la retención de capacitancia de PANI disminuyó rápidamente, lo que indica que la estructura interna se ha colapsado y cambiado. Además, la estructura de matriz de nanoconos de PANI desaparecería gradualmente durante el proceso de carga / descarga.
Medición bajo el sistema de dos electrodos en forma de SC flexibles totalmente de estado sólido con PVA-H 2 SO 4 ( a ) Curvas CV de compuestos híbridos, rGO y PANI puro a una velocidad de escaneo de 20 mV s -1 . b Curvas de carga-descarga galvanostática de compuestos híbridos, rGO y PANI a una densidad de corriente de 1 A g -1 . c Curvas CV de compuestos híbridos compuestos a diferentes velocidades de escaneo. d Curvas de carga-descarga galvanostática de compuestos híbridos compuestos a diferentes densidades de corriente. e Gráfico de Ragone de compuestos híbridos flexibles de estado sólido totalmente SC. f Estabilidad cíclica de superpacientes de estado sólido flexibles de compuestos híbridos a una densidad de corriente de 1 A g -1
Teniendo en cuenta la aplicación práctica de los dispositivos, también se midió la flexibilidad de los compuestos híbridos SC. La Figura 6a muestra las fotos de primeros planos del electrodo y los SC flexibles totalmente de estado sólido (izquierda), mientras que la parte derecha muestra la fotografía digital del SC flexible bajo diferentes relaciones de flexión que varían de 0 ° a 180 °. Para las pruebas de flexión, de la Fig. 6b, podemos encontrar que el área de las curvas CV bajo varias condiciones de flexión exhibe una diferencia insignificante, revelando su excelente estabilidad flexible [38, 39]. Además, los SC en combinaciones en serie se integraron para aumentar la tensión de funcionamiento. Los SC encendieron un LED rojo en serie en condiciones de aire ambiente, lo que sugiere la estabilidad a largo plazo de los compuestos híbridos basados en SC totalmente sólidos y flexibles, como se muestra en la Fig. 6c [40, 41]. Todas estas pruebas de flexibilidad y las pruebas de iluminación demuestran que es posible para aplicaciones en electrónica portátil [42].
un Imagen digital de electrodo de composites híbridos, SC y SC totalmente sólidos y flexibles en diferentes estados de flexión. b Curvas CV de los compuestos híbridos basados en SC totalmente de estado sólido flexible a 20 mV / s con diferentes ángulos de flexión de 0 °, 90 ° y 180 °. c Imagen digital de LED rojo que se ilumina mediante un módulo SC de estado sólido flexible basado en compuestos híbridos en condiciones diurnas y nocturnas
Conclusiones
En conclusión, se ha fabricado un SC totalmente de estado sólido flexible basado en compuestos híbridos de matriz 3D rGO / polianilina. Los compuestos híbridos obtenidos tienen una capacitancia específica de 432 F g -1 a la densidad de corriente de 1A g -1 y estabilidad cíclica robusta con una retención de capacitancia del 85% después de 10,000 ciclos de carga / descarga. Posteriormente, el supercondensador totalmente de estado sólido mostró una buena densidad de energía de 25 W h kg -1 y densidad de potencia de 681 W kg -1 . El excelente rendimiento de los SC basados en compuestos híbridos se puede atribuir a la estructura 3D especial y al efecto sinérgico del aerogel 3D rGO y las matrices PANI. Además, los SC fabricados tienen una flexibilidad superior y una estabilidad excepcional en diferentes estados de flexión. Teniendo en cuenta las altas propiedades mecánicas y electroquímicas combinadas, los SC de estado sólido, flexibles y basados en compuestos híbridos son particularmente prometedores para la electrónica portátil.
Nanomateriales
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