| ¤ Rezultatele proiectului |
|
REZULTATE OBTINUTE
Etapa 2/2018. (iunie 2018)
Realizare set-up experimental de testare in conditii de laborator a supercapacitorilor.
 |
Asa cum se observa in fotografie, testarea micro-supercapacitorilor planari s-a realizat utilizand potentiostatul Autolab 302N, prevazut cu 3 module care maresc acuratetea masuratorilor structurilor cu proprietati de stocare de sarcini. Astfel, modulul ADC10M permite esantionarea intervalului de interes (domeniu de curent sau tensiune) intr-un numar foarte mare de puncte de inregistrare, crescand rata de la 50.000 puncte/secunda la 10.000.000 puncte/secunda, dand posibilitatea de a obtine date relevante atunci cand in sistem au loc tranzitii rapide, la intervale pana la 100 ns. Pentru ca acest modul este utilizat impreuna cu modulul SCAN250, se pot realiza si masuratori de voltametrie ciclica cu rate de scanare foarte mari, care pot ajunge pana la 250 kV/s, punandu-se pune in evidenta chiar si procesele cinetice ultra rapide. De asemenea, avand o mare importanta cand sunt testati supercapacitorii, aceste module permit o determinare precisa a caderii ohmice la intreruperea curentului de incarcare si masurarea tranzitiilor rapide in timpul ciclurilor de incarcare - descarcare. Specific pentru masuratorile de spectroscopie de impedanta, modulul FRA 32M permite realizarea atat a masuratorilor de impedanta potentiostatica cat si galvanostatica pe un interval foarte mare de frecventa, de la 10 µHz la 32 MHz.
Importanta adaugarii monostraturilor de disulfurii de molibden (MoS2) in matricea polimerica poate fi observata in analiza comparativa a curbelor de incarcare-descarcare galvanostatica (GCD) inregistrate la curentul aplicat de 50 µA pentru structurile MSC cu si fara monolayere de MoS2.
Se observa ca aceste curbe prezinta trasaturi pseudo-capacitive care maresc aria interna si implicit capacitatea stocata. A fost demonstrat ca prezenta MoS2 imbunatateste atat capacitatea specifica a dispozitivului rezultat, cat si densitatea de energie, respectiv densitatea de putere.
In ceea ce priveste densitatea de energie stocata, s-a obtinut un maxim de 1.7 µWh/cm2 (0.04 Wh/cm3). Densitatea maxima de putere a fost 0.9 mW/cm2 (45.4 W/cm3). Aceste performante situeaza micro-supercapacitorul obtinut in topul celor raportate pana in prezent in literatura de specialitate.
Trebuie mentionat, de asemenea, ca dispozitivele test raspund chiar si atunci cand sunt supuse unor viteze foarte mari de baleiere a tensiunii in masuratorile de voltametrie ciclica sau la curenti mari de incarcare-descarcare.
_______________________
Etapa 1/2017. Realizare structuri microsupercapacitori pe baza de ansambluri GODs-MoS2 (decembrie 2017)
In cadrul acestei etape au fost proiectati si fabricati micro-supercapacitori planari, pe substrat flexibil, utilizand ansambluri nanocompozite pe baza de materiale cu structura de tip grafenic
Astfel, pentru obtinerea unor ansambluri noi pe baza de materiale cu structura de tip grafenic, un prim pas a fost obtinerea de doturi cuantice de grafena (GQDs) pe baza reactiei de piroliza a unei solutii apoase in camp de microunde - sinteza asistată cu microunde (MAH) - folosind ca precursori diferite surse de carbon precum zaharidele.
In afara de fabricarea unor doturi de grafena auto-pasivate (a-GQDs), sinteza de tip MAH a permis modificarea nanoparticulelor grafenice, doparea/functionalizarea controlata prin simpla adaugare a unor co-reactivi/polimeri in timpul sintezei chimice.
Astfel, s-au facut adaugat hidroclorura de D-(+)Glucozamina (GQDs-TrisII), polietilenglicol (GQDs-PEG) si respectiv polietilenimina (GQDs-PEI), obtinandu-se GQDs cu diametre de aproximativ 4-5 nm in toate cele 4 variante de sinteza, dar cu proprietati optice si electrice diferite. Pe baza masuratorilor electrochimice de voltametrie ciclica si analizelor optice (spectroscopie de fluorescenta si absorbtie UV-Vis) s-a realizat structura electronica de benzi a doturilor cuantice fabricate, asa cum se observa in Fig. 1: |
Fig. 1 Structura electronica de benzi ale diferitelor tipuri de GQDs fabricate determinata prin masuratori electrochimice |
In plus, s-a proiectat o structura planara de microsupercapacitor si s-a realizat experimental utilizand ansambluri nanocompozite pe baza doturilor de grafena sintetizate. Pentru realizarea MSC pornind de la modificarea electrozilor interdigitati s-a utilizat metoda drop coating. Astfel un volum de 4 µL dintr-o solutie de GQDs si MoS2, cat si dintr-un amestec al acestora (raportul fiind mentinut 1:1 (v/v)) a fost depus pe suprafata electrozilor si lasat sa se evapore. Ulterior contactul a fost obtinut prin adaugarea de electrolit (200 µL) astfel incat sa fie acoperit intregul electrod. In figura 2 sunt prezentate structurile MSC-IDE experimentale: |
|
 Fig. 2 Structuri flexibile MSC-IDE experimentale |
 |
In figura 3 sunt prezentate rezultatelor testelor de incarcare/descarcare pentru cele trei MSC hibride obtinute la un curent aplicat de 10-4 A.
Se observa clar ca, fata de sistemele individuale in care ciclul de incarcare/descarcare este foarte rapid, sistemul compozit prezinta o imbunatatire semnificativa, doturile de grafena fiind cele care dicteaza comportarea ansamblului.
Fig. 3: Curbe incarcare/descarcare inregistrate pentru dispozitivele pe baza de ansamblu hibrid material activ / electrolit obtinute la un curent aplicat de 1E-4. |
Aceste rezultate preliminare demonsteaza potentialul doturilor de grafena si reprezinta un punct important de plecare in obtinerea unei tehnologii de fabricare a micro supercapacitorilor pe baza de materiale 0D / 2D si respectiv ansambluri pe baza lor. In etapa urmatoare se vor testa pe de o parte raspunsurile ansamblurilor hibride pe electrozi interdigitati si se vor pune la punct si tehnologiile de fabricatie a micro supercapacitorilor asimetrici.
|
