Superkapasitor Linier Miniatur yang Dapat Merenggang dan Tingkat Tinggi

Hasil dan Diskusi

Gambar 2 menunjukkan gambar SEM lembar Au@CNT dengan waktu deposisi berbeda 5–20 mnt. Dapat dilihat bahwa lembaran CNT yang rata memiliki permukaan yang halus. Hasil penyetoran AuNPs selama 5, 15, dan 20 menit ditunjukkan pada Gambar. 2b-d, masing-masing. Isi massal Au dan C di Au _x @CNT sheet ditunjukkan pada Tabel 1. Hasilnya menunjukkan bahwa jumlah AuNP yang didistribusikan pada CNT meningkat seiring dengan bertambahnya waktu deposisi. Nanopartikel ini berlabuh merata di permukaan CNT. Ketika waktu penyimpanan adalah 5 menit, nanopartikel ini umumnya independen satu sama lain. Dengan peningkatan Au, nanopartikel ini saling terhubung dan menutupi permukaan CNT. Jumlah AuNP yang didistribusikan pada CNT meningkat dengan meningkatnya waktu deposisi, dan mengakibatkan penurunan resistensi lembaran CNT (Gbr. 3). Gambar 3 menunjukkan ketergantungan hambatan listrik pada regangan yang diterapkan untuk Au@CNT@fibers. Au₂₀ @CNT@fiber menunjukkan hambatan listrik yang rendah tetapi mengurangi kemampuan peregangan. Ketika regangan yang diterapkan mencapai 250%, hambatan listrik meningkat lebih dari 100%. Sebagai perbandingan, regangan 0–400% yang diterapkan tidak menyebabkan perubahan signifikan dalam resistansi Au₁₅ @CNT@fiber.

Gambar SEM resolusi tinggi dari a CNT kosong, b Au₅ @CNT, c Au₁₅ @CNT, dan d Au₂₀ @CNT

Ketergantungan regangan dari hambatan listrik untuk CNT@fiber dan Au _x @CNT@fiber

Gambar 4a menunjukkan pengukuran tiga elektroda dari lembaran CNT telanjang dan PANI@Au _x @CNT lembar (x = 0, 5, 10, 15) pada kecepatan pemindaian 100 mV s ⁻¹ . Konduktivitas Au₁₅ . yang tinggi @CNT sheet memfasilitasi pengangkutan elektron yang cepat, sehingga meningkatkan kinerja laju PANI@Au₁₅ @CNT lembar sangat. Oleh karena itu, dalam karya berikut, PANI@Au₁₅ Lembar @CNT dipilih sebagai bahan elektroda untuk pengujian CV lebih lanjut dengan kecepatan pemindaian dari 1 hingga 100 V s ⁻¹ . Sebagai perbandingan, kapasitansi yang dinormalisasi sebagai fungsi kecepatan pemindaian untuk CNT, CNT@Au₁₅ , CNT@PANI, dan PANI@Au₁₅ @CNT ditampilkan dalam file tambahan 1:Gambar S1(a). Gambar 4b menunjukkan bahwa potensi redoks PANI tetap konstan dengan laju pemindaian yang meningkat dari 1 hingga 100 V s ⁻¹ ; hal ini menunjukkan bahwa PANI di sini mengalami reaksi redoks yang cepat, sehingga meningkatkan karakteristik daya bahan elektroda [17, 18].

a Kurva CV dari CNT telanjang dan PANI@Au _x Bahan elektroda @CNT pada kecepatan pemindaian 100 mV s ⁻¹ ; b Kurva CV PANI@Au₁₅ @CNT dengan kecepatan pemindaian 1–100 V s ⁻¹ ; c Kurva CV superkapasitor berdasarkan CNT telanjang dan PANI@Au₁₅ @CNT dengan kecepatan pemindaian 200 mV s ⁻¹ ; d Kurva GCD dari superkapasitor berdasarkan CNT telanjang dan PANI@Au₁₅ Elektroda @CNT dengan rapat arus 1 A g ⁻¹ . Kurva CV yang diperoleh dari kecepatan pemindaian yang berbeda dinormalisasi menjadi 1 V s ⁻¹ di b

Gambar 4c menunjukkan kurva CV superkapasitor simetris seperti kabel CNT@fiber dan PANI@Au₁₅ @CNT@fiber, masing-masing. Perbedaan yang mencolok antara kedua superkapasitor ini menunjukkan peningkatan besar dari perilaku kapasitif PANI@Au₁₅ @CNT@fiber. Gambar 4d menunjukkan kurva GCD dari dua superkapasitor simetris ini. Bentuk segitiga simetris menunjukkan bahwa kedua superkapasitor memiliki kinerja superkapasitif yang baik. Kapasitansi spesifik superkapasitor berbasis CNT adalah sekitar 1,6 F g ⁻¹ pada kerapatan arus 1 A g ⁻¹ , untuk PANI@Au₁₅ @elektroda terbungkus CNT, nilainya sekitar 8,7 F g ⁻¹ . Untuk memastikan keakuratan kapasitansi bahan elektroda, kami menimbang elektroda sebelum dan sesudah pengendapan PANI. Kandungan massa PANI adalah sekitar 46 mg g ⁻¹ dan kapasitansi PANI sekitar 360,8 F g ⁻¹ .

Selanjutnya, kinerja superkapasitif dari PANI@Au₁₅ Superkapasitor berbasis @CNT diukur di bawah tingkat regangan yang berbeda. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a, kurva CV serupa menunjukkan bahwa kinerja superkapasitif dari PANI@Au₁₅ Superkapasitor berbasis @CNT tidak terlalu terpengaruh dalam keadaan regangan, bahkan ketika laju regangan meningkat hingga 400%. Gambar 5b menunjukkan kapasitansi normalisasi regangan sebagai fungsi regangan tarik. Terlihat bahwa kapasitansi untuk superkapasitor berdasarkan PANI@Au₁₅ Elektroda @CNT@fiber tidak memiliki perubahan yang jelas, sedangkan perangkat yang didasarkan pada elektroda CNT@fiber meningkat 10% karena regangan tarik meningkat dari 0 menjadi 400%, ini mungkin disebabkan oleh peningkatan yang diinduksi regangan dalam kontak antara dua elektroda bengkok pada peregangan [19]. Elastisitas yang baik berasal dari struktur tertekuk PANI@Au@CNT@fiber. Sebagai perbandingan, kapasitansi CNT@Au dan CNT@PANI yang dinormalisasi sebagai fungsi regangan tarik ditunjukkan pada file tambahan 1:Gambar S1(b). Gambar 5c menunjukkan struktur tertekuk dari PANI@Au@CNT@fiber dalam keadaan santai. Gambar 5d menunjukkan perubahan kapasitansi setelah siklus. Untuk elektroda CNT telanjang, hampir tidak ada penurunan yang dapat ditemukan setelah 10.000 siklus, sedangkan untuk elektroda PANI@Au15@CNT, kapasitansi menurun sekitar 10% setelah 10.000 siklus. Kinerja superkapasitor berbentuk kawat yang sangat dapat diregangkan yang dikembangkan di sini melebihi sistem elektronik canggih yang dapat diregangkan yang dilaporkan sebelumnya, dalam hal elastisitas dan kinerja kecepatan [13, 14, 20].

a Kurva CV diukur pada keadaan yang berbeda. b Kapasitansi yang dinormalisasi sebagai fungsi dari regangan tarik. c Gambar SEM dari elektroda yang dapat diregangkan pada kondisi pelepasan. d Kapasitansi untuk perangkat berdasarkan CNT telanjang dan PANI@Au₁₅ @CNT elektroda