Abstract
Cellulose nanofibers (CNFs) paper with low thermal expansion and electrolyte absorption properties is considered to be a good potential substrate for supercapacitors. Unlike traditional substrates, such as glass or plastic, CNFs paper saves surfaces pretreatment when Layer-by-Layer (LbL) assembly method is used. In this study, negatively charged graphene oxide (GO) nanosheets and poly(3,4-ethylenedioxythiophene: poly(styrene sulfonate)) (PEDOT:PSS) nanoparticles are deposited onto CNFs paper with positively charged polyaniline (PANI) nanowires as agents to prepare multilayer thin film electrodes, respectively. Due to the different nanostructures of reduced graphene oxide (RGO) and PEDOT:PSS, the microstructures of the electrodes are distinguishing. Our work demonstrate that CNFs paper/PANI/RGO electrode provides a more effective pathway for ion transport facilitation compared with CNFs paper/PANI/PEDOT:PSS electrode. The supercapacitor fabricated by CNFs/[PANI–RGO]8 (S-PG-8) exhibits an excellent areal capacitance of 5.86 mF cm−2 at a current density of 0.0043 mA cm−2, and at the same current density the areal capacitance of the supercapacitor fabricated by CNFs/[PANI–PEDOT:PSS]8 (S-PP-8) is 4.22 mF cm−2. S-PG-8 also exhibits good cyclic stability. This study provides a novel method using CNFs as substrate to prepare hybrid electrodes with diverse microstructures that are promising for future flexible supercapacitors
چکیده
کاغذ نانوفیبر سلولوزی (CNFS) با انبساط حرارتی حداقل و مشخصات جذب الکترون، یکی ماده (بستر) مناسب برای ابرخازن هاست. برخلاف سوبسترا (بسترهای) سنتی مانند شیشه یا پلاستیک، کاغذ CNFS وقتی که از روش پیوستگی لایه به لایه (LDL) استفاده می شود حرارت سطحی را حفظ می کند. در این مطالعه، نانوورقه های اکسید گرافن (GO) و پلی اتیلن دی اکسیتیوفن با بار منفی استفاده شدند: پلی نانوذرات (PEDOT:PSS) بر روی کاغذهای CNFS با نانوسیم های پلی آمیلین (PANI) دارای بارمثبت به عنوان عاملی برای تهیه کردن الکترودهای پوشش نازک چند لایه ای قرار داده شدند. به واسطه ی نانوساختارهای متفاوت اکسید گرافن کاهش یافته (RGC) و PEDOT:PSS، میکروساختار الکترودها مشخص شد. کار ما نشان می دهد که الکترود RGO/PANI/کاغذ/ CNFS گذرگاه موثری برای انتقال یون در مقایسه با الکترود PEDOT:PSS/PANI/کاغذ CNFS فراهم می کند. ابرخازن ساخته شده با CNFS(PANI-RGO)8(S-PG-8) یک خازن جانبی عالی mFcm-2 در یک چگالی جریان 0.0043mAcm-2 را نمایش می دهد و در چگالی جریان مشابه، خازن ناحیه ای ابر خازن ساخته شده به وسیله ی CNFS(PANI-PE-DOT:PSS)8(S-PP-8) 4.22 mFcm-2 است. S-PG-8 همچنین پایداری چرخشی خوبی را نمایش می دهد. این تحقیق روشی با استفاده از CNFS به عنوان بستر را برای تهیه ی الکترودهای هیبریدی با میکروساختارهای متنوع معرفی می کند که برای ابرخازن های آینده امیدبخش خواهد بود.
1-مقدمه
امروزه، دیوایس های انعطاف پذیر ذخیره کننده ی انرژی، به ویژه ابرخازن ها توجه زیادی را به خود جلب کرده اند (1-6). بستر اتصال نقش مهمی در ساخت ابرخازن ها بازی می کند، زیرا آنها دارای خصوصیات حیاتی دیوایس ها هستند. بسترهای سنتی مانند شیشه های پوشیده شده با ITO، تترافتالات پلی اتیلن (PET)، نفتالات پلی اتیلن (PEN)، پلی کربنات (PC)، و پلی آمید (PI) بسیار مورد استفاده قرار گرفته اند (7-10). به هر حال چندین ویژگی از آنها رضایت بخش نیستند مانند انعطاف ناپذیری، ضریب بالای انبساط حراتی (CTE)، قابلیت چاپ و بازیافت ضعیف. اخیرا مواد قابل تجزیه، انعطاف پذیر و شفاف کاغذ نانوفیبر سلولوزی (CNFS) انتظارات ما را به واسطه ی انتقال اپتیکی بسیار عالی (بالای 90 درصد)، استحکام مکانیکی بالا، انعطاف پذیری عالی و ساختار سلسله مراتبی شبیه تخته سه لا براورد کرده اند (11، 12). به واسطه ی وجود گروه های اسید کربوکسیلیک، کاغذ CNF دارای بار منفی در محلولهای آبی است. آن یک شرایط مناسب برای هیبرید لایه به لایه (LDL) ایجاد می کند که می تواند مانع بروز عوارضی مانند مشکلات ایجاد شده به وسیله ی سطوح بسترهای سنتی بدون بار شود...