Estudio de compuestos de grafeno en supercondensadores

Resumen: Desde el descubrimiento del grafeno en 2004, la investigación sobre los compuestos de grafeno ha sido muy interesante. Este artículo revisa el progreso de la investigación de polianilina / grafeno y compuestos de grafeno de dióxido de manganeso en los materiales de electrodos de supercondensadores y espera la aplicación futura de estos materiales en los materiales de electrodos de supercondensadores.

Xingruiguang; Liyanan

(Rare Earth College, Universidad de Ciencia y Tecnología de Mongolia Interior, Baotou 014010)

El carbono se encuentra ampliamente en la naturaleza. Además del grafito y el diamante más conocidos, los fullerenos descubiertos en 1985 y los nanotubos de carbono descubiertos en 1991 expandieron la familia de materiales de carbono. También brinda a las personas una comprensión más profunda de la diversidad del carbono. Al mismo tiempo, la nanotecnología inducida por fullerenos y nanotubos de carbono tiene una gran importancia para el desarrollo de la sociedad humana en el futuro. Como el último miembro del material de carbono, el grafeno es un cristal de átomo de carbono bidimensional con una órbita híbrida SP2. Fue descubierto por Geim de la Universidad de Manchester en el Reino Unido en 2004 y puede ser estable. Este es actualmente el material de espesor monoatómico más delgado del mundo. El grafeno no solo tiene excelentes propiedades eléctricas (movilidad de electrones hasta 200000 cm2V-1s-1 a temperatura ambiente), masa ligera, buena conductividad térmica (5000 Wm-1K-1), mayor que la superficie (2630m2g-1), su El módulo de Young (1100 GPa) y la resistencia a la fractura (125 GPa) también son comparables a los nanotubos de carbono, y también tienen algunas propiedades únicas, como el efecto Hall cuántico, el efecto túnel cuántico, etc. Debido a las nanoestructuras únicas anteriores y al excelente rendimiento, el grafeno se puede aplicar a muchos materiales y dispositivos avanzados, como materiales de película delgada, materiales de almacenamiento de energía, materiales de cristal líquido y resonadores mecánicos. El grafeno es una sola capa de grafito y las materias primas son fáciles de obtener, por lo que es barato y no tan caro como los nanotubos de carbono. Por lo tanto, se espera que el grafeno reemplace a los nanotubos de carbono como rellenos de alta calidad para nanocompuestos de carbono a base de polímeros. Entre las muchas propiedades del grafeno, la superficie específica es alta y la conductividad es buena. Lo más importante es que la capacitancia del grafeno en sí es de 21μF / cm2, que alcanza el límite superior de todos los condensadores eléctricos de doble capa a base de carbono, que es más alto que otros materiales de carbono. Es un material ideal para fabricar supercondensadores.

Los supercondensadores, también conocidos como condensadores electroquímicos, son un nuevo tipo de dispositivo de almacenamiento de energía con una densidad de energía y una densidad de potencia entre los condensadores convencionales y las baterías. Los supercondensadores combinan las ventajas de las baterías y los condensadores convencionales. Como alta densidad de energía, alta densidad de potencia, carga y descarga rápida, ciclo de vida prolongado, con descarga instantánea de alta corriente y sin contaminación para el medio ambiente y otras características, es un nuevo tipo de almacenamiento de energía y equipo de conservación de energía desarrollado en el pasado. década.

Dado que el grafeno es un material de relleno de supercondensadores ideal, es de gran interés preparar materiales de supercondensadores combinándolos con otros materiales.

Hay dos tipos principales de compuestos. El primero es el compuesto de grafeno con materiales conductores poliméricos, de los cuales los compuestos de grafeno y polianilina son los más estudiados. El segundo es el compuesto de grafeno con óxidos metálicos, de los cuales los compuestos de grafeno y dióxido de manganeso son los más estudiados. Este artículo hace un breve resumen de la investigación sobre estos dos tipos de compuestos.

Los compuestos de grafeno y polianilina se utilizan en materiales supercondensadores. Además de las propiedades especiales del grafeno mencionadas anteriormente, la polianilina tiene las ventajas de alta conductividad, fácil síntesis y bajo costo de monómero. Zhao y col. prepararon compuestos de polianilina / grafeno utilizando polimerización in situ en condiciones ácidas. Se descubrió que la polianilina se adsorbía uniformemente en la superficie del grafeno o se dispersaba uniformemente entre las láminas de grafeno. Cuando la densidad de corriente era 0.1 A / g, la capacitancia era tan alta como 480F / gy tiene una buena circulación.

Li y col. lleva a cabo electropolimerizaciones anódicas in situ sobre láminas de grafeno para formar polianilina. El compuesto obtenido tenía una resistencia a la tracción de 12,6 MPa y una capacitancia electroquímica alta y estable (volumen específico de peso 233 F / g, volumen específico de volumen 135 F / Cm3), que supera a muchos otros electrodos flexibles a base de carbono disponibles actualmente, y por lo tanto tiene gran promesa en supercondensadores flexibles.

Shi y col. Primero combinó grafeno químicamente modificado con fibras de polianilina para formar una mezcla estable, y luego obtuvo compuestos de película delgada de fibra de grafeno / polianilina mediante filtración al vacío, donde las fibras de polianilina se dispersaron uniformemente entre las capas intermedias de grafeno. El material compuesto tiene propiedades mecánicas estables y alta flexibilidad y puede doblarse en un ángulo grande para obtener la forma deseada. Cuando el contenido de grafeno modificado es del 44%, la capacitancia es la más grande, 210 F / g.

Yan y col. informó que el papel compuesto de polianilina y grafeno se obtuvo mediante una mezcla simple y rápida de soluciones y polimerización in situ. Este material compuesto tiene buenas propiedades eléctricas. Vale la pena mencionar que este trabajo compuesto se encuentra en el campo biológico. Valor potencial de la aplicación. Wei y col. combinó grafeno funcional con nanopartículas de polianilina para obtener un condensador de 1046F / g, que es casi el doble que los materiales de polianilina pura.

El segundo es el compuesto de grafeno y óxidos metálicos, de los cuales el más estudiado es el material compuesto de grafeno y dióxido de manganeso. Wei y col. permanganato de potasio mezclado con grafeno, permanganato de potasio reducido a dióxido de manganeso por radiación de microondas y dióxido de manganeso reducido se depositaron sobre la superficie del grafeno. Tal material compuesto se utilizó como ánodo y carbón activado como cátodo para obtener un condensador. 114F / g,

El número de ciclos puede llegar a 1000 veces para obtener un supercondensador. Yang y col. obtuvo un compuesto multicapa de monetita y dióxido de manganeso modificado con cloruro de polidialildimetilamonio mediante el método de autoensamblaje con mayor capacitancia y tiempos de ciclo más altos.

En resumen, con el progreso continuo de la sociedad, el consumo continuo de recursos y el desarrollo continuo de la economía, los compuestos de grafeno seguramente jugarán un papel extremadamente importante en el futuro campo electrónico.

La página contiene el contenido de la traducción automática.