과학자들이 고성능 슈퍼커패시터를 위한 새로운 재료를 합성합니다

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사진: 수정된 rGO 슈퍼커패시터 전극

요약 :
톰스크 폴리테크닉 대학교(Tomsk Polytechnic University)의 과학자들은 릴대학교(프랑스 릴)의 동료들과 공동으로 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터용 환원그래핀옥사이드(rGO)를 기반으로 한 새로운 물질을 합성했습니다. 과가 요오드의 유도체인 유기 분자를 사용한 rGO 변형 방법을 통해 1.7배 더 많은 전기 에너지를 저장하는 물질을 얻을 수 있었습니다. 이번 연구 결과는 Electrochimica Acta 학술지(IF: 6,215; Q1)에 게재됐다.

과학자들은 고성능 슈퍼 커패시터를위한 신소재 합성

러시아 톰스크 | 게시일: 19년 2021월 XNUMX일

슈퍼커패시터는 전하를 저장하고 방출하는 전기화학 장치이다. 배터리와 달리 에너지를 몇 배 더 빠르게 저장하고 방출하며 리튬이 포함되어 있지 않습니다.

슈퍼커패시터는 유기 또는 무기 전해질로 분리된 두 개의 전극을 갖춘 요소입니다. 전극은 전하 축적 물질로 코팅되어 있습니다. 현대 과학의 추세는 인간에게 알려진 가장 얇고 내구성이 뛰어난 소재 중 하나인 그래핀을 기반으로 다양한 소재를 사용하는 것입니다. TPU 연구진과 릴대학교 연구진은 저렴하고 이용 가능한 물질인 환원그래핀옥사이드(rGO)를 사용했다.

“잠재력에도 불구하고 슈퍼커패시터는 아직 널리 보급되지 않았습니다. 기술이 더욱 발전하려면 슈퍼커패시터의 효율을 높이는 것이 필요하다. 여기서 핵심 과제 중 하나는 에너지 용량을 늘리는 것입니다.

이는 에너지 저장 물질인 rGO의 표면적을 확장함으로써 달성될 수 있습니다. 우리는 간단하고 매우 빠른 방법을 찾았습니다. 우리는 온화한 조건에서 예외적으로 유기 분자를 사용했으며 값비싸고 독성이 있는 금속을 사용하지 않았습니다.”라고 TPU 연구 학교 화학 및 응용 생명의학 부교수이자 연구 감독관인 Pavel Postnikov가 말했습니다.

분말 형태의 환원그래핀옥사이드를 전극 위에 증착합니다. 결과적으로 전극은 수백 나노 규모의 물질 층으로 코팅됩니다. 층은 응집되는 경향, 즉 소결되는 경향이 있다. 재료의 표면적을 확장하려면 층간 간격을 늘려야 합니다.

“이 목적을 위해 우리는 rGO를 유기 분자로 수정하여 층간 간격을 늘렸습니다. 층간 간격의 미미한 차이로 인해 재료의 에너지 용량이 1.7배 증가했습니다. 즉, 새로운 물질 1g은 원래의 환원 그래핀 산화물에 비해 1.7배 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다."라고 TPU 연구대학 화학 및 응용 생명의학 주니어 연구원이자 해당 기사의 저자 중 한 명인 Elizaveta Sviridova는 설명합니다. .

반응은 요오도늄 염으로부터 활성 아린의 형성을 통해 진행되었습니다. 그들은 물질 표면에 새로운 유기 그룹의 단일 층을 형성하는 특성으로 인해 과학자들의 관심을 불러일으킵니다. TPU 연구원들은 수년 동안 요오도늄 염의 화학적 성질을 개발해 왔습니다.

“개질 반응은 단순히 요오도늄 염 용액과 환원된 산화 그래핀을 혼합함으로써 온화한 조건에서 진행됩니다. 산화 그래핀 기능화를 감소시키는 다른 방법과 비교해 보면 물질 에너지 용량 증가에 대한 가장 높은 지표를 달성했습니다.”라고 Elizaveta Sviridova는 말합니다.

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연구 작업은 러시아 과학 재단의 지원으로 수행되었습니다.

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