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Jun 03, 2023

Supercondensateur à base de composite binaire polymère de polythiophène et simple

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 11278 (2022) Citer cet article 2099 Accès 11 Citations Détails des métriques Le but de ce travail est de fabriquer une électrode de supercondensateur à base de poly

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 11278 (2022) Citer cet article

2099 Accès

11 citations

Détails des métriques

Le but de ce travail est de fabriquer une électrode de supercondensateur à base de nanocomposites poly (3-hexyl-thiophène-2, 5-diyl) (P3HT) et de nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) avec différents rapports sur une feuille de graphite comme substrat avec une large fenêtre de tension dans un électrolyte non aqueux. Les propriétés structurelles, morphologiques et électrochimiques des nanocomposites préparés de P3HT/SWCNT ont été étudiées et discutées. Les propriétés électrochimiques comprenaient la voltammétrie cyclique (CV), la charge-décharge galvanostatique (GCD) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont été étudiées. Les résultats obtenus ont indiqué que le nanocomposite P3HT/SWCNT possède une capacité spécifique supérieure à celle présente dans son composant individuel. Les performances électrochimiques élevées du nanocomposite étaient dues à la formation d’une structure microporeuse qui facilite la diffusion des ions et la pénétration de l’électrolyte dans ces pores. Les micrographies morphologiques des SWCNT purifiés avaient une structure en papier-bucky, tandis que les photomicrographies des P3HT/SWCNT ont montré que les SWCNT apparaissent derrière et devant les nanosphères de P3HT. La capacité spécifique de 50 % de SWCNT à 0,5 Ag−1 s'est avérée être de 245,8 Fg−1, comparée à celle du P3HT pur de 160,5 Fg−1.

Depuis la découverte des polymères conducteurs comme le poly (3‐hexylthiophène) (P3HT), le polypyrrole et la polyaniline, de nombreux scientifiques ont travaillé à la recherche d'applications pour ces polymères comme diodes électroluminescentes1,2, adsorbants3,4, dispositifs électrochromes5, capteurs6 et supercondensateurs7,8. Les supercondensateurs électrochimiques, en tant que dispositifs de stockage d'énergie prometteurs, offrent une faible densité d'énergie, une densité de puissance élevée, un taux de charge et de décharge rapide et une longue durée de vie9,10. Les supercondensateurs (SC) ou ultracondensateurs sont désignés comme des condensateurs avec une grande surface d'électrodes. Les SC peuvent récupérer de l'énergie en très peu de temps pour fournir une poussée d'énergie lorsqu'une charge rapide est requise. Sur la base du mécanisme de charge et de décharge, les supercondensateurs sont classés en supercondensateurs électriques à double couche (EDLC), pseudosupercondensateurs (PSC) et supercondensateurs hybrides. Les EDLC sont également appelés condensateurs électrostatiques et le stockage de charge dans les EDLC a lieu à l'interface électrode/électrolyte via le mécanisme d'adsorption de charge électrostatique11,12. La capacité spécifique de ce type dépend de la surface spécifique, de la taille et de la forme des pores, de la morphologie et de la conductivité électrique. Dans les PSC, les charges sont stockées via des réactions redox ou faradiques rapides et réversibles se produisant sur des oxydes métalliques ou des polymères conducteurs. Les réactions redox réversibles qui se produisent à la surface des matériaux d'électrode produisent une densité d'énergie élevée par rapport aux EDLC10,13,14.

Parmi les matériaux PSC, les polymères conducteurs et les oxydes de métaux de transition sont des matériaux prometteurs comme électrodes SC. Le P3HT, le polypyrrole et la polyaniline s'intéressent au domaine du stockage d'énergie en raison de leur réversibilité électrochimique, de leur dopage-dédopage lors du processus de charge-décharge et de leur haute conductivité électrique9,15. Le P3HT, en tant que polymère conducteur soluble, convient à la fabrication d’électrodes de supercondensateur en raison de son comportement de pseudosupercapacité, de sa conductivité électrique unique et de sa densité énergétique élevée16. De plus, le P3HT combiné à des nanostructures de carbone peut stocker la charge au niveau de la double couche électrique formée à l’interface électrode/électrolyte. Cependant, le gonflement et le retrait du P3HT dans les électrolytes entraînent une dégradation mécanique17,18,19.

Les nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) et les nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) ont été utilisés comme électrodes pour les supercondensateurs en raison de leur structure creuse unique, de leur conductivité électronique, de leur stabilité thermique et de leur résistance mécanique20,21. De nombreux efforts ont été déployés pour fabriquer des électrodes P3HT/SWCNT en raison de leur surface spécifique élevée, qui peut exposer entièrement les plans de graphite basaux ou les plans de bord à l'électrolyte. Dhibar et coll. préparé des électrodes de supercondensateur nanocomposite ternaire graphène/SWCNT/poly(3-méthylthiophène) et obtenu une capacité spécifique de 551 F/g avec une petite fenêtre de tension comprise entre 0 et 0,8 V23. Zhou et coll. du poly(3-oligo(oxyde d'éthylène)) thiophène greffé et fabriqué sur l'électrode du supercondensateur SWCNT dans la fenêtre négative de -0,9 à -0,1 V et obtenu une capacité spécifique de 399 F/g25.