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Enregistrement W3025509568 · doi:10.1149/ma2020-0110868mtgabs

A Novel Flexible Hybrid Battery-Supercapacitor Based on a Self-Assembled Vanadium-Graphene Hydrogel

2020· article· en· W3025509568 sur OpenAlexaff
Ali Khazaeli, Gabrielle Godbille, Dominik P. J. Barz

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueSupercapacitor Materials and Fabrication
Établissements canadiensQueen's University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSupercapacitorVanadiumMaterials scienceGrapheneEnergy storageBattery (electricity)NanotechnologyElectrolyteElectrodeFabricationChemical engineeringElectrochemistryPower (physics)Chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Batteries and supercapacitors are considered as key technologies for portable and wearable electronics which require lightweight, highly efficient and often flexible energy storage systems. Batteries can store a high amount of specific energy but deliver electricity at rather low current densities due to their intrinsically low power-handling capabilities. In contrast, supercapacitors can provide high specific power with outstanding cyclic stability and efficiency but have a low energy content. Thus, a key challenge for the fabrication of wearable/portable power sources is to simultaneously increase the energy and power densities, along with high durability, rapid charging, and facile scalability. In this work, we introduce a novel hybrid energy storage system that employs an innovative self-assembled graphene hydrogel which encapsulates a (vanadium IV) redox species that can exist in more than two oxidation states. These vanadium-graphene hydrogels can be cut into slices and pressed on a carbon cloth to form a flexible thin-film electrode of around ~180 µm thickness and with a mass loading of 3.3 mg cm-3. To assemble the hybrid device, a cationic-exchange membrane is sandwiched between two identical hydrogel electrodes. During the initial charging of the device, the vanadium IV is oxidized to vanadium V at the positive electrode and reduced to vanadium (III) at the negative electrode. The high surface area of the graphene hydrogel matrix (> 1000 m2/g) enables the supercapacitor mechanism of the hybrid. The different oxidation state of the encapsulated vanadium electrolyte induces a cell potential (~0.9 V) which grants the battery mechanism to the hybrid device. The combination of both mechanisms results in an outstanding capacity of 225 mA/g and unique characteristics of this power source. The capacity is roughly 8 times higher than that of a comparable graphene hydrogel supercapacitor without vanadium content, but the charging time is only double demonstrating a fast charging ability. The device also shows a true hybrid behavior. When operated with high current densities, it works like a supercapacitor and loses only 5% of its capacitance over 1000 charge/discharge cycles. When operated with low current densities, it shows characteristics of a battery. Here, the capacity losses are rather 40% to 50% over 1000 cycles. However, these losses can be easily restored by simple electric measures and there is only a 7% capacity loss after 1000 cycles and a restoration cycle. Our investigations suggest that during self-discharge, capacitance losses are partially converted into capacity through vanadium redox reactions which mitigates the self discharge. Additionally, the self-discharge does not permanently damage the hybrid device. The reason for these outstanding features are related to the simple design. Both half-cells initially consist of the same vanadium graphene hydrogel. Although ion crossover lowers the efficiency and triggers self-discharge, a complete discharge of the device converts all species, including those that crossed over, back to their initial redox state and, thus, resets the device to its initial condition. The mechanical robustness and flexibility of the device are investigated at different bending conditions. The results show a capacity retention of 97% at a bending angle of 135°, indicating excellent integrity of electrode materials under mechanical stress. Our work demonstrates that the novel concept of utilizing a redox species which can exist in more than two redox states, along with a high surface area electrode, presents a facile, scalable and high-performance design for hybrid battery-supercapacitors while the fabrication is considerably simplified. Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,003

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,024
Tête enseignante GPT0,231
Écart entre enseignants0,207 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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