ساخت ابرخازن‌های الکترومیک انعطاف‌پذیر حاوی الکترود‌های شفاف

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، طی سال‌های اخیر، دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی انعطاف‌پذیر (FECESDS) به عنوان منابع انرژی برای تامین نیاز دستگاه‌های انعطاف‌پذیر مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند. نانوسیم‌های نقره (AGNW) نانومواد جذابی برای استفاده به‌عنوان الکترود‌های شفاف انعطاف‌پذیر (FTE) در الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر آینده هستند.

با این حال، تولید FECESD‌ها بر اساس FTES AGNWS هنوز با چالش‌هایی روبرو است. به تازگی محققان نشان دادند که می‌توان AgNWs FTE حاوی هیدروکسید کبالت (CO (OH) ۲) و پلی پلیاستایرن سولفونات (PEDOT: PSS) تولید کرد.

الکترود‌های شفاف (TE) در بسیاری از حوزه‌ها مانند نمایشگرها، سلول‌های خورشیدی، صفحه لمسی و باتری استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر تلاش‌های زیادی برای تولید دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتروکرومیک دوتایی (ECESD) به دلیل ویژگی‌های ذخیره‌سازی انرژی و تغییر رنگ آن‌ها انجام شده است. ECESD ها، بر خلاف دستگاه‌های ذخیره انرژی سنتی، می‌توانند سطح انرژی را از طریق تغییرات رنگ نشان دهند.

علاوه بر این، گسترش سریع دستگاه‌های انعطاف‌پذیر و قابل حمل، نیاز به ECESD‌های انعطاف‌پذیر با تغییر شکل‌پذیری قوی برای تأمین برق ادوات الکترونیکی پوشیدنی در آینده را افزایش داده است.

در حال حاضر ساخت ECESD‌ها با طراحی انعطاف پذیر و قابلیت ذخیره سازی انرژی الکتروکرومیک برجسته به دلیل تاخیر در توسعه مواد FTE، چالش برانگیز است.

اکسید قلع ایندیم یا ITO اغلب به عنوان الکترود‌های شفاف برای ECESD‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما این ترکیب نیز مشکلاتی دارد.

"در سال‌های اخیر تلاش‌های زیادی برای تولید دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتروکرومیک دوتایی (ECESD) به دلیل ویژگی‌های ذخیره‌سازی انرژی و تغییر رنگ آن‌ها انجام شده است"FTE‌های مبتنی بر شبکه AGNW با هدایت عالی، هزینه کم و قابلیت جایگزینی برای ITO امیدوار کننده به نظر می‌رسد.

با این حال، AGNW‌ها دارای حداقل ثبات الکترولیتی هستند و در طی انحلال الکترولیتی آندی به سرعت آسیب می‌بینند. در نتیجه، تغییر رنگ و قابلیت ذخیره انرژی ECESDS دارای محدودیت است.

هیدروکسید‌های فلزی با ذخیره انرژی و خواص تغییر رنگ اخیراً در ECESD‌ها استفاده شده‌اند. نانوذرات هیدروکسید نیکل (Ni (OH) ۲) که بین AGNWS و لایه PEDOT: PSS قرار گرفته‌اند، ممکن است عملکرد نوری و ذخیره انرژی را به طرز چشمگیری افزایش دهد. با این حال این نانوذرات معمولاً گران هستند و به روش‌های آماده سازی وقت‌گیر نیاز دارند.

در این مطالعه، محققان یک فیلم نازک از جنس هیدروکسید کبالت را بین AGNWS و یک لایه PEDOT قرار دادند. لایه PSS با استفاده از یک روش لایه‌نشانی ساده به دست آمد.

ژانگ توضیح داد: «ما از نانوسیم‌های نقره به‌عنوان جایگزینی مواد ITO معمولی استفاده می‌کنیم و PEDOT: PSS می‌تواند مشکل ناپایداری الکتروشیمیایی نانوسیم‌های نقره را حل کند.»

PEDOT: PSS نه تنها باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی الکترولیتی AGNW‌ها شد، بلکه به عنوان یک لایه فعال برای تغییر رنگ و ویژگی‌های ذخیره‌سازی انرژی عمل کرد.