Ultrafast flexible PEDOT:PSS supercapacitor with outstanding volumetric capacitance for AC-line filtering
전도성 고분자 PEDOT:PSS 전극 기반의 높은 단위 부피 당 정전용량을 지닌 교류- 필터링용 초고출력 슈퍼커패시터
- 주제(키워드) supercapacitor , volumetric capacitance , conducting polymer , PEDOT:PSS , fast response speed , AC-line filtering
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 김웅
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 신소재공학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 59 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000270120
- UCI I804:11009-000000270120
- DOI 10.23186/korea.000000270120.11009.0001428
- 본문언어 영어
초록/요약
Flexible supercapacitors are one of the most important power supply devices to fulfil the energy/power demands of future flexible and wearable electronics. While significant achievements have been made in improving the energy density of flexible supercapacitors, the developments of ultrafast flexible supercapacitors are still in its primary stage. In this work, we demonstrate an ultrafast flexible supercapacitor with outstanding capacitance based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) electrodes prepared via simple one-step electropolymerization. The fabricated PEDOT:PSS based flexible supercapacitor represents the highest volumetric capacitance of 38 F cm–3 at high-frequency regime (e.g., 120 Hz) among the state-of-the-art all-solid-state ultrafast flexible supercapacitors, while maintaining the ultrafast response speed sufficient for 60-Hz AC line filtering application. In addition, the electropolymerized PEDOT:PSS flexible supercapacitor showed excellent mechanical flexibility (e.g., 4.0- to 0.6-mm bending radius) and durability (~94 % capacitance retention over 1,000 bending cycles). The high-processability via facile one-step electropolymerization and the outstanding electrochemical/mechanical performances would greatly contribute to the further development of high-performance ultrafast flexible supercapacitors.
more초록/요약
플렉서블 슈퍼커패시터는 유연하고 웨어러블한 전자기기에 대한 증가하는 수요를 충족시키기 위한 가장 중요한 전원 공급 장치로 많은 주목을 받고 있다. 고에너지밀도를 지닌 플렉서블 슈퍼커패시터에 대한 상당한 연구가 이루어진 반면, 초고출력 특성의 플렉서블 슈퍼커패시터 개발은 아직 초기 단계이다. 본 연구에서는 전기중합법을 통해 전도성 고분자 PEDOT:PS를 단일 단계로 합성함으로써, 높은 정전용량과 동시에 초고출력 특성을 지닌 플렉서블 슈퍼커패시터를 구현하였다. 제작된 PEDOT:PSS 전극 기반의 플렉서블 슈퍼커패시터는 60 Hz 교류 필터링이 가능한 빠른 주파수 반응 속도를 유지함과 동시에 현재까지 보고된 초고출력 특성의 플렉서블 슈퍼커패시터 중 120 Hz의 고주파 영역에서 가장 높은 단위 부피 당 정전용량 (38 F cm-3)을 지녔다. 또한, 전기 중합법으로 합성된 PEDOT:PSS 기반의 플렉서블 슈퍼커패시터는 뛰어난 기계적 유연성과 내구성을 지녔다. 쉽고 빠른 단일 단계 전기중합법을 통해 제작되어 뛰어난 전기화학적, 기계적인 성능을 구현한 본 연구는 미래 고성능 초고출력 플렉서블 슈퍼커패시터 연구에 많은 기여를 할 것으로 기대된다.
more목차
ABSTRACT i
국문 초록 iii
TABLE OF CONTENTS v
LIST OF TABLES vii
LIST OF FIGURES viii
CHAPTER 1. INTRODUCTION 1
CHAPTER 2. EXPERIMENTAL SECTION 5
2.1 Preparation and characterization of the electropolymerized PEDOT:PSS (EP-PEDOT:PSS) electrodes 5
2.2 Fabrication and electrochemical characterization of the ultrafast EP-PEDOT:PSS based flexible supercapacitor 7
2.3 Equations 8
CHAPTER 3. RESULTS AND DISCUSSION 11
3.1 Synthesis of EP-PEDOT:PSS electrode 11
3.2 Characterization of EP-PEDOT:PSS electrode 15
3.3 Electrochemical properties of EP-PEDOT:PSS supercapacitor 21
3.4 Flexibility test of EP-PEDOT:PSS supercapacitor 36
3.5 AC-line filtering application 39
CHAPTER 4. CONCLUSIONS 41
REFERENCES 43
