Abstract
In this article, we report a novel fullerene–polyaniline emeraldine base (C60–PANI-EB) hybrid synthesized through covalent bonding of polyaniline (PANI) onto para-phenylenediamine (PPD)-functionalized fullerene and its capacity properties. C60–PANI-EB exhibits a unique coral-like porous morphology with PANI particles interconnected by nanofibers. In comparison with polyaniline emeraldine base (PANI-EB), C60–PANI-EB shows significantly higher specific capacitance, specific power and specific energy, and better cycling stability. The specific capacitance of C60–PANI-EB and PANI-EB are 776 F g−1 and 492 F g−1 at current density of 1 mA cm−2, respectively. The specific capacitance of C60–PANI-EB has 37% enhancement over that of PANI-EB even at high current density of 100 mA cm−2. The specific energy of C60–PANI-EB is 64 Wh kg−1 at 1 mA cm−2 and the specific power is 36,595 W kg−1 at current density of 100 mA cm−2. The greatly enhanced capacity performance can be attributed to the increased ionic conductivity induced by the loose molecular packing structure and porous morphology as well as the increased electrical conductivity caused by the coral-like interconnected morphology and the strong electron-withdrawing function of the fullerene through its covalent bonding to PANI
چکیده
در این مقاله، ما یک فولرین-پلیآنیلین جدید بر پایه هیبرید (C60-PANI-EB) سبز رنگ سنتز شده از طریق پیوند کووالانسی از پلیآنیلین (PANI) را بر روی فولرن عاملدار شده با پارا-فنیلن دی آمین (PPD) و خواص خازنی آن گزارش میکنیم. C60-PANI-EB یک مورفولوژی مرجان مانند منحصر به فرد و متخلخلی با ذرات پلیآنیلین متصل شده توسط نانوالیاف نشان میدهد. در مقایسه با پایه PANI-EB)) سبزرنگ پلیآنیلین، C60-PANI-EB به طور قابل توجهی ظرفیت خازنی ویژه بالاتر، توان ویژه و انرژی ویژه، و پایداری بازیافت بهتری دارد. ظرفیت خازنی ویژه C60-PANI-EB و PANI-EB در چگالی جریان1 میلیآمپر بر سانتی متر مربع به ترتیب 776 و 492 فاراد بر گرم میباشد. ظرفیت خازنی ویژه C60-PANI-EB، 37% افزایش بیشتری از PANI-EB حتی در چگالی جریان بالای 100 میلی آمپر بر سانتی متر دارد. انرژی ویژهC60-PANI-EB 64 وات ساعت بر کیلوگرم در 1 میلی آمپر بر سانتی متر مربع است و توان ویژه در چگالی جریان 100 میلی آمپر سانتی متر بر سانتی متر مربع 36595 وات بر کیلوگرم میباشد. عملکرد خازنی تا حد زیادی افزایش یافته را میتوان به افزایش هدایت یونی ناشی از ساختار اسفنجی مولکولی و مورفولوژی متخلخل و همچنین افزایش هدایت الکتریکی را به مورفولوژی متصل مرجان مانند و گروه قوی الکترون کشنده فولرن از طریق پیوند کووالانسی آن به پلیآنیلین نسبت داد
1-مقدمه
ابرخازنها، شامل هر دو خازن های الکتروشیمیایی دوگانه (EDLCs) و شبه خازنهای فارادی است که چگالی توان و پایداری فوق العاده ای نسبت به باتریها و چگالی انرژی بالاتری نسبت به خازنهای معمولی دارد که باعث جذابیت آنها برای کاربردهای ذخیره انرژی میشود [1-3]. شبه خازنها به طور کلی ظرفیت خازنی بیشتری از EDLC با توجه به مکانیسم های ذخیره سازی بار چند برابر از جمله واکنش های اکسیداسیون و کاهش، جذب و جاسازی یون ها دارد [4]. به عنوان یک ماده شبه خازنی معمولی، پلیآنیلین (PANI) به دلیل سهولت در تهیه، ظرفیت خازنی بالا، فرآیندپذیری خوب و هزینه کم به طور گسترده مطالعه شده است [5،6]. اگر چه ظرفیت خازنی پلیآنیلین عمدتا توسط واکنش های اکسیداسیون و کاهش تعیین میشود، مورفولوژی و ریز ساختار پلیآنیلین نیز نقش مهمی در تعیین عملکرد خازنی خازنی آن بازی میکند. اعتقاد بر این است که نانوساختارهای پلیآنیلین با سطح بزرگ ممکن است خواص خازنی افزایش یافته ای را به دلیل واکنش های اکسیداسیون و کاهش سریع توسط منطقه بزرگ سطحی با الکترولیت و طول انتشار کوتاه یونها داشته باشد و احتمالا نیز سایت های اکسیداسیون و کاهش در دسترس را افزایش داده است. نانوساختارهای مختلف از جمله نانو لولهها، نانو سیمها، نانومیلهها و نانو ذرات پلیآنیلین تولید شده اند و به عنوان ابرخازن استفاده می شوند [7-11]. این نانو ساختارها خواص خازنی بهبود یافته ای از ابرخازنهای مبتنی بر پلیآنیلین معمولی نشان میدهند...