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Supercondensateurs flexibles à base d'électrodes d'aérogel de graphène enrobées de matrices de polyaniline

Résumé

Les supercondensateurs flexibles (SC) fabriqués à partir d'aérogel à base d'oxyde de graphène réduit (rGO) souffrent généralement de la faible densité d'énergie, de la durée de vie courte et de la mauvaise flexibilité. Dans cette étude, une nouvelle stratégie synthétique a été développée pour améliorer les performances électrochimiques du supercondensateur à base d'aérogel rGO via des matrices de polyaniline d'électrodéposition sur l'aérogel rGO ultraléger préparé. Les nouveaux composites hybrides avec des matrices de polyaniline enduite (PANI) qui poussent sur la surface rGO peuvent tirer pleinement parti des pores ouverts riches et de l'excellente conductivité de la structure du cadre de réticulation de l'aérogel 3D rGO et de la contribution élevée de la capacité du PANI. Les composites hybrides obtenus présentent d'excellentes performances électrochimiques avec une capacité spécifique de 432 F g -1 à la densité de courant de 1 A g -1 , une stabilité de cycle robuste pour maintenir 85 % après 10 000 cycles de charge/décharge et une densité d'énergie élevée de 25 W h kg -1 . De plus, le supercondensateur flexible entièrement à semi-conducteurs présente une flexibilité supérieure et une stabilité exceptionnelle sous différents états de flexion, de l'état droit à l'état à 90°. Les SC à semi-conducteurs flexibles hautes performances ainsi que les tests d'éclairage démontrent qu'il est possible pour des applications dans l'électronique portable.

Contexte

La demande croissante d'appareils électroniques modernes tels que les panneaux d'affichage, les diodes électroluminescentes (DEL) et divers capteurs ont facilité l'évolution rapide des dispositifs de stockage d'énergie flexibles. Les supercondensateurs flexibles (SC) en tant que membre important de la famille des stockages d'énergie ont attiré de plus en plus de concentration en raison de leurs performances de capacité sensationnelles, de leur densité de puissance élevée et de leur densité d'énergie par rapport aux condensateurs et batteries traditionnels, respectivement [1,2,3,4]. De loin, malgré les progrès évidents, l'utilité des SC flexibles est grandement limitée en raison des performances relativement médiocres des matériaux d'électrode, de sorte que le choix des matériaux d'électrode est toujours très important [5,6,7,8,9].

Jusqu'à présent, les matériaux d'électrode sont principalement divisés en trois groupes principaux :les matériaux carbonés, les oxydes métalliques et les polymères conducteurs. Parmi eux, les matériaux à base de carbone pour condensateurs électriques à double couche (EDLC) possèdent les avantages d'une grande surface spécifique, d'une électroconductivité élevée et d'une stabilité à long cycle, cependant, la faible capacité spécifique a limité leur application ultérieure [10,11, 12]. Au contraire, les oxydes métalliques et le polymère conducteur pour les pseudocondensateurs ont une capacité spécifique élevée en raison de la contribution de capacité supplémentaire de la réaction faradique dans le processus de charge-décharge, mais la durée de vie courte entrave ces développements SC à base de matériaux [13]. Par conséquent, des rapports détaillés ont été présentés pour synthétiser les nanocomposites de matériaux carbonés et d'oxydes métalliques/matériaux polymères conducteurs en raison de leurs propriétés uniques combinant des nanostructures individuelles et éventuellement des effets synergiques. Par exemple, He et al. [14] fabriqué 3D graphène-MnO2 réseaux composites utilisant la méthode du dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et du dépôt électrochimique et sa capacité spécifique est de 465 F g -1 avec des performances de cycle de 81,2 % (5 000 cycles). Meng et al. [15] a développé un film 3D rGO-PANI par filtration et polymérisation de modèles qui fournissent une valeur de capacité spécifique jusqu'à 385 F g -1 à la densité de courant 0,5 A g -1 . Xin et al. fig a préparé un composite à base de graphène par la croissance in situ d'un graphène autoportant sur une feuille de graphite flexible via une intercalation électrochimique, puis l'électrodéposition de la polyaniline sur la surface du graphène, l'électrode préparée a une capacité spécifique 491.3 F g -1 . Bien que ces nanocomposites présentent d'excellentes performances électrochimiques, peu d'attention a été consacrée à la propriété mécanique des électrodes, qui jouent également un rôle crucial, en particulier pour les SC flexibles.

Dans cette étude, de nouveaux supercondensateurs flexibles à semi-conducteurs basés sur des électrodes hybrides aérogel/polyaniline 3D rGO ont été fabriqués via un pressage mécanique et suivis d'un processus d'électrodéposition. L'aérogel 3D rGO ultraléger avec d'excellentes propriétés mécaniques, qui pourrait supporter 4000 fois son poids d'origine et se tenir sur l'étamine de la fleur, peut être utilisé comme cadre idéal pour la croissance du réseau PANI, facilitant la stabilité mécanique améliorée de tous les flexibles -électrode à semi-conducteur. Les composites hybrides ont été davantage démontrés avec les avantages d'une capacité spécifique élevée de 432 F g -1 , une excellente capacité de débit (81,4 % après que la densité de courant ait augmenté de 20 fois) et une bonne densité d'énergie (25 W h kg -1 à la densité de puissance de 681 W kg -1 ). Plus important encore, les SC développés à semi-conducteurs ont une flexibilité supérieure et une stabilité exceptionnelle sous différents états de flexion avec des mesures de longue durée.

Méthodes

Synthèse de 3D rGO Aerogel

L'aérogel 3D rGO a été synthétisé par un procédé hydrothermal auto-assemblé en une étape [16]. A 60 mL de 2 mg mL -1 une dispersion aqueuse homogène de GO a été scellée dans un autoclave revêtu de téflon de 100 mL et maintenue à 180 °C pendant 12 h. Ensuite, l'autoclave a été naturellement refroidi à température ambiante et les hydrogels rGO préparés ont été retirés avec un papier filtre pour éliminer l'eau de surface. Par la suite, les hydrogels rGO tels que préparés ont été découpés en petites tranches d'un diamètre d'environ 10 mm et d'une épaisseur d'environ 1 mm et soumis à une lyophilisation à -83 °C pendant 48 h. Ensuite, à l'aide d'une presse à rouleaux, la tranche 3D-rGO a été pressée directement sur le treillis métallique en acier inoxydable (la taille du matériau actif était de 1 × 1 cm) et l'aérogel à base de 3D-rGO a été obtenu.

Procédé d'électrodéposition pour la croissance de composites hybrides flexibles

Les expériences d'électrodéposition ont été réalisées dans une configuration à trois électrodes avec le film 3D-rGO préparé comme électrode de travail, une plaque de Pt comme contre-électrode et Hg/Hg2 SO4 (samedi K2 SO4 ) comme électrode de référence. L'électrolyte a été mélangé avec 0,05 M d'aniline et 1 M H2 SO4 Solution. L'électrodéposition a été réalisée à une densité de courant de 2 mA · cm -2 pendant 7000 s à température ambiante. La zone de 3D-rGO utilisée pour l'électrodéposition PANI était de 1 × 1 cm. Après avoir été lavés avec de l'eau, de l'alcool éthylique absolu et séchés à température ambiante dans une étuve à vide pendant 24 h, les composites hybrides ont été préparés. A titre de comparaison, les barrettes d'aniline préparées par électro-polymérisation étaient directement en croissance sur le fil d'acier inoxydable de la même manière.

Caractérisation

La morphologie de surface et la microstructure des échantillons ont été étudiées par microscopie électronique à balayage (SEM, MAGELLIAN-400) et microscopie électronique à transmission (TEM, JEOL JSM-2010 F), respectivement. La diffraction des rayons X (XRD) a été enregistrée sur un système de diffractomètre à rayons X sur poudre Japan Rigaku 2550 avec un rayonnement Cu Kα (λ = 1,54056 Å) fonctionnant à 40 kV, 250 mA et l'angle de balayage de 10° à 70°. Les spectres Raman ont été collectés par spectroscopie Raman (Renishaw), en utilisant un laser à 514 nm pour identifier la structure moléculaire des échantillons. Les tests de spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) ont été mesurés avec un spectromètre électronique VG ESCALAB MK II pour caractériser les états chimiques de surface des échantillons. Les expériences électrochimiques des échantillons ont été réalisées en utilisant une station de travail électrochimique CHI 760E (Shanghai Chenhua Instrument Company Instruments, Chine) et une station de travail électrochimique (IVIUM, Pays-Bas) à température ambiante (environ 20 °C).

Calcul

Les capacités spécifiques ont été calculées à partir des courbes de décharge selon la formule suivante :

$$ C=\frac{I\times \varDelta \mathrm{t}}{\mathrm{m} \times \varDelta \mathrm{V}} $$ (1)

C (F g −1 ) est la capacité spécifique de l'échantillon, I (A) est le courant de décharge, Δt (s) est le temps de décharge, m (g) est la masse de la matière active, et ΔV est la chute de potentiel pendant la décharge.

La densité d'énergie et la densité de puissance basées sur des SC tout solides flexibles peuvent être calculées à partir des équations suivantes :

$$ E=\frac{C\times \varDelta {\mathrm{V}}^2}{2} $$ (2) $$ P=\frac{E}{t} $$ (3)

E est la densité énergétique (W h kg -1 ), P est la densité de puissance (W kg -1 ), C présente la capacité totale des SCs tout-solides flexibles, ∆V est la chute potentielle pendant le processus de décharge, et t est le temps de décharge [17].

Résultats et discussion

La procédure de fabrication consistait en une procédure en deux étapes est illustrée à la figure 1. Étape I :Le monolithe d'aérogel 3D rGO (environ 47,6 mg) a été synthétisé via un processus hydrothermal auto-assemblé en une étape selon les rapports précédents [16]. Afin de tester commodément comme électrode, l'aérogel 3D rGO a été coupé en tranches d'une épaisseur d'environ 1 mm. Étape II :Les tranches telles que préparées doivent être encore pressées sur le maillage en acier inoxydable nettoyé avec la zone carrée régulière (1 × 1 cm 2 ) par la presse à rouleaux. À l'aide du ruban isolant, un film mince PANI a été appliqué sur la surface de l'aérogel 3D rGO via une méthode d'électropolymérisation galvanostatique à une densité de courant de 2 mA cm -2 . Par rapport à d'autres techniques pour faire croître des nanostructures PANI sur le cadre 3D, l'électrodéposition galvanostatique peut permettre la croissance uniforme de réseaux PANI sur la surface des pores extérieure et intérieure du rGO 3D. De plus, les films de matrice PANI générant peuvent en outre rendre le rGO et le PANI 3D étroitement connectés, ce qui est approprié pour la propriété de flexion des SC flexibles à semi-conducteurs [18].

Illustration pour le processus de fabrication de (i ) Tranches d'aérogel 3D rGO du monolithe (a , b - propriétés mécaniques de l'aérogel 3D rGO) et (ii ) composites hybrides via une méthode de pressage mécanique et d'électrodéposition

Le rGO, le PANI pur et les composites hybrides ont d'abord été analysés par SEM. La figure 2a montre une image SEM typique de rGO lyophilisé, on peut clairement voir que la surface des feuilles de graphène est relativement lisse, ce qui peut servir de substrat approprié pour les matrices de polyaniline électrodéposées de taille similaire (Fig. 2b) [19] . À partir de l'image SEM de composites hybrides, comme illustré sur les Fig. 2c, d, nous pouvons voir les nanocônes PANI homogènes et se développer sur toute la surface du rGO tridimensionnel. En exposant la situation distribuée des nanocônes de PANI, il a pu être explicitement déduit que les processus de nucléation et de croissance de PANI se sont produits sur la surface interne des couches d'oxyde de graphène réduites en 3D. Avec une observation plus approfondie des composites hybrides par MET, cela montre que les nanocônes PANI sont étroitement attachés aux couches d'oxyde de graphène réduites, ce qui empêche efficacement l'agrégation des feuilles de graphème [20]. Intéressant, la nanostructure des composites hybrides peut être contrôlée par le processus d'électrodéposition. Un dépôt faible entraîne la rareté et la viscosité du film PANI et une difficulté de surdépôt pour réaliser l'effet de synergie avec rGO, en revanche, nous trouvons que le temps de dépôt optimal est de 7000 s.

Images SEM typiques de (a ) rGO, (b ) PANI pur et (c , d ) composites hybrides et aux différents grossissements. Images TEM de (e ) composites hybrides

La cristallisation et la composition de phase des matériaux tels que préparés ont également été caractérisées à l'aide de XRD, comme le montre la figure 3a. Pour le PANI, les pics de diffraction apparaissent à 26°, confirmant que le PANI électropolymérisé est de structure non cristalline à l'état amorphe [21]. Un large pic de diffraction centré autour de 21,8° peut être observé pour rGO, ce qui révèle la présence d'une structure cristalline graphitique [22]. Comparé aux PANI et rGO électropolymérisés, le composite hybride composite a un pic large entre 15°-30°, mais le pic le plus intense se décale légèrement vers les 26,2°, ce qui peut être visuellement expliqué par la superposition des pics mesurés dans l'échantillon électropolymérisé PANI et rGO, respectivement. Il convient de noter que la structure composite hybride formée est suffisamment stable pour être utilisée comme matériau d'électrode. Afin d'examiner les liaisons chimiques plutôt qu'une faible adsorption physique, les échantillons obtenus ont été encore vérifiés par spectre Raman, comme le montre la figure 3b. Pour rGO, deux pics apparaissent à 1341 cm -1 et 1581 cm -1 confrom aux bandes D et G du rGO, respectivement. Le spectre Raman du PANI pur présente des pics caractéristiques à 1172, 1346, 1422 , et 1600 cm -1 correspondant à la liaison C-H, C-N, C = N et C = C [23].Pour les composites hybrides, la bande D se situe à 1363 cm -1 et la bande G se situe à 1 583 cm -1 , respectivement [24]. La valeur de I(D)/I(G) diminue, ce qui indique que les composites hybrides à structure ordonnée et les défauts de la structure cristalline sont inférieurs au monomère de PANI et rGO [22].

un Diagrammes de diffraction des rayons X (XRD) ; b Spectre Raman des composites hybrides, PANI et rGO ; c Spectre de photoélectrons à rayons X (XPS) spectre de film composite composites hybrides ; df Données XPS des régions N 1 s, C 1 s et O 1 s des composites hybrides, respectivement

Les XPS ont été utilisés pour surveiller la composition de surface des composites hybrides, illustrée à la figure 3c. La figure 3d présente le spectre N1, plusieurs nouveaux types de fonctionnalités azotées attribuées à PANI sont apparus dans le spectre des composites hybrides. Le nouveau groupe comprend les groupes amine quinoïde (=N-), l'azote amine benzénoïde (–NH–) et le radical cationique positivement azoté (N+) avec une énergie de liaison centrée à 398,8, 399,4 et 401 eV, respectivement [25, 26 ]. Le rapport élevé de N+ illustre également que les protons d'azote sont dopés avec succès dans les composites hybrides et peuvent améliorer la conductivité électrique. Simultanément, un pic de puits à 285,6 eV peut être attribué à la liaison chimique C-N dans le spectre C1s, trouvé sur la figure 3e, indique que PANI et 3D rGO sont également bien connectés [27]. La figure 3f fournit le spectre O1s, trois pics à 531,1, 532,1 et 533,4 eV correspondant à la liaison de C = O, C-O et H-O-H sont apparus en raison de la présence d'eau ou d'autres groupes de molécules d'oxygène [28]. Tous les résultats d'analyse ci-dessus prouvent que les PANI ont été étroitement déposés sur la surface du rGO 3D, ce qui est bénéfique pour la structure autoportée flexible et résistante.

Après caractérisation élémentaire des électrodes composites hybrides, les études électrochimiques ont été menées dans une cellule à trois électrodes en 1 M H2 SO4 électrolyte aqueux, avec une contre-électrode en Pt et un Hg/Hg2 SO4 électrode de référence. La charge massique des électrodes composites hybrides est d'environ 2,5 mg et l'épaisseur est d'environ 30 à 40 μm. Les courbes CV du rGO, du PANI pur et des composites hybrides ont été affichées sur la figure 4a. Il montre que la zone fermée des composites hybrides est plus grande que celle du rGO et du PANI pur avec la même masse. En d'autres termes, les performances capacitives des composites hybrides sont les meilleures parmi les trois électrodes différentes. Pour les courbes CV du rGO, il existe deux larges pics au niveau du processus de charge-décharge, ce qui peut s'expliquer par le fait qu'il existe dans le rGO une petite partie des groupes fonctionnels [29]. Ces groupes fonctionnels sont favorables à l'adhésion du PANI pendant le processus d'électrodéposition. La courbe CV du PANI pur est une forme régulière, révélant le comportement de pseudocapacitance du polymère conducteur. La figure 4b montre les courbes GCD de l'échantillon à une densité de courant de 1 A g -1 . Pour les électrodes rGO, la forme des courbes de charge-décharge est en triangle isocèle, correspondant au modèle théorique des matériaux carbonés. La capacité spécifique (432 F g −1 ) des composites hybrides à 1 A g -1 est beaucoup plus élevé que 214 F g −1 de rGO et 98 F g −1 de PANI. Pour étudier plus avant les performances électrochimiques des composites hybrides, des tests plus détaillés ont été effectués, comme le montre la figure 4c. Les courbes CV des composites hybrides ont été implémentées à différentes vitesses de balayage [30]. Il montre qu'il y a plusieurs pics de réduction et d'oxydation dans les courbes dus à la pseudocapacité par présence de PANI, qui se transforme entre les états de base leucoéméraldine et les états sels d'éméraldine de PANI, et les états de base sel émeraldine et pernigraniline [15]. Lorsque la vitesse de balayage passe de 1 à 100 mV s -1 , les pics cathodiques se décalent vers le positif et les pics anodiques se décalent vers le négatif à cause de la résistance de l'électrode [31]. Les courbes GCD des composites hybrides à différentes densités de courant de 1, 2, 5 et 10 A g -1 ont été fournis dans la Fig. 4d. Au processus de charge-décharge, un plateau de décharge évident peut être observé en raison de l'effet synergique entre la capacité double couche et la pseudocapacité, correspondant à une réduction de l'oxyde de graphène et du PANI. La figure 4e illustre la capacité spécifique et la capacité de débit. La capacité spécifique des composites hybrides conserve 81,4% lorsque la densité de courant passe de 1 à 20 A g −1 , démontrant les composites hybrides avec à la fois une capacité spécifique élevée et une bonne capacité de débit. Ensuite, les spectres d'impédance électrochimique (EIS) ont été utilisés pour tester la conductivité électronique, comme le montre la figure 4f. Les tracés de Nyquist étaient constitués d'une partie en demi-cercle dans la région des hautes fréquences et d'une partie en ligne presque droite dans la région des basses fréquences montrées dans l'insert. La résistance série équivalente (Rs) correspond à l'interception sur l'axe X comprenant la résistance intrinsèque de la résistance ionique de l'électrolyte, les matériaux des électrodes, ainsi que la résistance de contact entre l'électrode et le collecteur de courant. Le Rs des composites hybrides, rGO et PANI pur est de 0,4, 0,45 et 0,33 Ω, respectivement, et la résistance de transfert de charge interfaciale (Rct), se rapporte aux réactions faradiques et à l'EDLC (Cdl) à l'interface électrode/électrolyte, qui illustre le la conductivité du matériau actif [32] et le comportement ionique des ions électrolytiques [33], peuvent être calculés avec la valeur de 1,9, 2,8 et 7,2 , suggérant que comme pour les composites, les nanofeuillets rGO améliorent la propriété de diffusion des ions et réduisent la résistance de transfert de charge dans une certaine mesure. La résistance de Warburg (Zw) est causée par la dépendance en fréquence de la diffusion/du transport des ions dans l'électrolyte et le CPE est l'élément à angle de phase constant se rapportant au Zw.

Mesure dans un système à trois électrodes. un Courbes CV de composites hybrides, rGO et PANI pur à une vitesse de balayage de 20 mV s -1 en 1 M H2 SO4 . b Courbes de charge-décharge galvanostatiques des composites hybrides, rGO et PANI à une densité de courant de 1 A g -1 . c Courbes CV de composites hybrides composites à différentes vitesses de balayage. d Courbes de charge-décharge galvanostatiques de composites hybrides à différentes densités de courant. e Tracé de la capacité spécifique pour les composites hybrides, rGO et électrode PANI pure à différentes densités de courant dans 1 M H2 SO4 électrolyte aqueux; f Diagrammes de Nyquist de composites hybrides, rGO et électrode PANI pure dans 1 M H2 SO4 électrolyte aqueux. La figure en médaillon montre les régions à haute fréquence agrandies des courbes de Nyquist

Profitant de la bonne conductivité des composites hybrides, nous avons fabriqué un SC tout solide en PVA-H2 SO4 électrolyte gélifié. Les performances électrochimiques des SC ont été testées sous le système à deux électrodes [34]. La figure 5a montre les courbes CV des SC entièrement à l'état solide dans la plage de 0 à 0,8 V aux différentes vitesses de balayage. Il est clair que la zone de courbe des composites hybrides à base de SC est plus grande que celle de rGO et de PANI pur. Comparé au temps de décharge des composites hybrides, des SC basés sur rGO et PANI dans les courbes GCD (Fig. 5b), les composites hybrides possèdent le temps de décharge le plus long, ce qui explique leurs performances électrochimiques supérieures. De plus, les plus petites gouttes IR du SC à base de composites hybrides indiquent qu'il peut être utilisé comme matériau d'électrode prometteur pour les SC [35]. Afin d'étudier plus avant les performances électrochimiques du SC à base de composites hybrides, les courbes CV aux différentes vitesses de balayage ont été testées. Sur la figure 5c, les courbes CV des composites hybrides montrent la déformation évidente, qui peut s'expliquer par la réponse inadéquate des matériaux d'électrode dans le PVA-H2 SO4 électrolyte gélifié [36]. La figure 5d présente les courbes GCD aux différentes densités de courant de 1, 2, 5, 10 et 20 A g -1 . Le tracé de Ragone des composites hybrides à différentes vitesses de balayage a été présenté sur la figure 5e. Avec des densités de puissance croissantes, les densités d'énergie diminuent de quelques centimètres. La densité énergétique du SC tout solide à base de composites hybrides peut atteindre jusqu'à 25 W h kg -1 à la densité de puissance de 681 W kg -1 et reste 15,7 W h -1 kg à une densité de puissance de 20 kW kg -1 [37]. La performance du cycle est un paramètre important pour les SC. Ainsi, la figure 5f fournit les performances de cycle des composites hybrides, prises avec 10 000 cycles de charge/décharge galvanostatique. Même après 10 000 cycles de charge/décharge, 85 % de la valeur initiale sont restés pour le SC à base de composites hybrides. Cela met en évidence la longue durée de vie du SC [38]. Il y a une diminution soudaine de la capacité spécifique sous forme de dégradation du polymère due au gonflement et au rétrécissement au cours des 500 premiers cycles, puis l'effet synergique entre le graphène et le PANI permet au film composite hybride de rester stable dans les cycles suivants. De plus, le réseau conducteur 3D du film rGO 3D assure la relaxation efficace des contraintes des réseaux de nanocônes PANI verticaux pendant le processus de charge/décharge. Par rapport aux composites, le PANI pur a généralement traité des performances déficientes dans la durée de vie du cycle. Alors qu'au cours des 2 000 premiers cycles, la rétention de capacité de PANI a rapidement diminué, ce qui indique que la structure interne s'est effondrée et modifiée. De plus, la structure du réseau de nanocônes de PANI disparaîtrait progressivement au cours du processus de charge/décharge.

Mesure sous le système à deux électrodes sous forme de SC flexibles tout solide avec PVA-H2 SO4 (un ) Courbes CV des composites hybrides, rGO et PANI pur à la vitesse de balayage de 20 mV s -1 . b Courbes de charge-décharge galvanostatiques des composites hybrides, rGO et PANI à une densité de courant de 1 A g -1 . c Courbes CV de composites hybrides composites à différentes vitesses de balayage. d Courbes de charge-décharge galvanostatiques de composites hybrides à différentes densités de courant. e Diagramme de Ragone de composites hybrides flexibles SC tout solide. f Stabilité au cycle des supercondensateurs flexibles tout solide en composites hybrides à une densité de courant de 1 A g -1

En considération de l'application pratique des dispositifs, la flexibilité des composites hybrides SCs a également été mesurée. La figure 6a affiche les photos en gros plan de l'électrode et des SC flexibles à semi-conducteurs (à gauche), tandis que la partie droite montre la photographie numérique du SC flexible sous différents rapports de flexion variant de 0° à 180°. Pour les tests de flexion, à partir de la figure 6b, nous pouvons trouver que l'aire des courbes CV dans diverses conditions de flexion présente une différence négligeable, révélant son excellente stabilité flexible [38, 39]. De plus, les SC en combinaisons série ont été intégrés pour augmenter la tension de fonctionnement. Une LED rouge a été allumée par les SC en série dans des conditions ambiantes d'air, suggérant la stabilité à long terme des SC à semi-conducteurs flexibles à base de composites hybrides, comme le montre la figure 6c [40, 41]. Tous ces tests de flexibilité et les tests d'éclairage démontrent qu'il est possible pour des applications en électronique portable [42].

un Image numérique d'électrodes composites hybrides, SC et SC à semi-conducteurs flexibles dans différents états de flexion. b Courbes CV des composites hybrides à base de SC tout solide flexible à 20 mV/s avec différents angles de flexion de 0°, 90° et 180°. c Image numérique d'une LED rouge éclairée par un module SC tout solide flexible à base de composites hybrides en condition jour et nuit

Conclusions

En conclusion, un SC tout solide flexible basé sur des composites hybrides 3D rGO/polyaniline a été fabriqué. Les composites hybrides obtenus ont une capacité spécifique de 432 F g -1 à la densité de courant de 1A g -1 , et une stabilité de cycle robuste avec une rétention de capacité de 85 % après 10 000 cycles de charge/décharge. Ultérieurement, le supercondensateur tout solide a montré une bonne densité d'énergie de 25 W h kg -1 et une densité de puissance de 681 W kg -1 . L'excellente performance des SC à base de composites hybrides peut être attribuée à la structure 3D spéciale et à l'effet synergique de l'aérogel 3D rGO et des matrices PANI. De plus, les SC fabriqués ont une flexibilité supérieure et une stabilité exceptionnelle sous différents états de flexion. Compte tenu des propriétés mécaniques et électrochimiques élevées combinées, les SC tout solides flexibles à base de composite hybride sont particulièrement prometteurs pour l'électronique portable.


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