Гнучкі іоногелі та тонкоплівкові суперконденсатори на їх основі

Рис 1. Вихідні сполуки для отримання іоногелів (a), тонкоплівкові гнучкі суперконденсатори (б) та їх характеристики (в).

Гнучкі та механічно міцні гелеподібні електроліти пропонують покращені можливості зберігання енергії та підвищену безпеку в батареях і суперконденсаторах. Нами запропоновано спосіб отримання формостійких іоногелів, які характеризуються поєднанням механічної міцності, гнучкості та рівнем іонної провідності на рівні вихідної ІР.

Отримано іоногелі (рис. 1 (a)) даного типу на основі НВЦ, НКЦ, ІР (N-метил-N’-етил імідазолій трифлату) та апротонних аніонних карбоксилат імідазолієвих ГР-ОІР другої, третьої та четвертої генерації (HBP-([COO]^–[MeMim]⁺)₁₆, HBP-([COO]^–[MeMim]⁺)₃₂ та HBP-([COO]^–[MeMim]⁺)₆₄ відповідно, які містять 16, 32 та 64 кінцеві іонні групи).

Іоногелі отримували поєднанням компонентів в водно-спиртовій суміші з наступним повільним випарюванням розчинника та вакуумування отриманих продуктів. Вміст ІР складав 88-90%, НКЦ – 0,5%, НВЦ – 9,5-10,0% та ГР-ОІР – 2,0% по масі в складі отриманих систем. Отримані іоногелі є прозорими гнучкими плівками (рис. 1 (а)).

Встановлено, що наявність ГР-ОІР в складі таких іоногелів обумовлює їх високопористу структуру з відкритими порами (як наслідок їх легкість) та формостійкість за рахунок розвиненої сітки водневих зв’язків між ГР-ОІР та жорстким каркасом, утвореним при поєднанні нановолокон та нанокристалів целюлози. Отримані іоногелі характеризуються високими значеннями модуля Юнга (до 3,8 ГПа), міцності на розрив (до 17,2 МПа) та іонної провідності ((3,0-6,2) мСм/см за кімнатної температури) співставними з такими типових армованими нанокомпозитних матеріалів. На основі запропонованих іоногелів отримано тонкоплівкові суперконденсатори (рис. 1б) з високою енергетичною ємністю ((36,9-37,5) Ват·год/кг) та електрохімічною циклічною стабільністю при багаторазовому вигині зі збереженням ємності 85% після 10 000 циклів (рис. 1 (в)). Розроблений підхід до отримання іоногелів відкриває нові можливості при розробці гнучких гелевих електролітів зі стабільною циклічністю функціонування, а механічні та електрохімічні характеристики отриманих тонкоплівкових суперконденсаторів свідчать про їх перспективність для використанні в пристроях зберігання електроенергії

Література

Flouda, D. Bukharina, K.J. Pierce, A.V. Stryutsky, V.V. Shevchenko, V.V. Tsukruk. Flexible sustained ionogels with ionic hyperbranched polymers for enhanced ion-conduction and energy storage. ACS Appl. Mater. Interface, 2022, Vol. 14, N 23, P. 27028-27039. https://doi.org/10.1021/acsami.2c04502

На попередню сторінку