Neutron Scattering to Probe Nanostructure-Property Relationships in Composite Supercapacitor Electrodes
Notice bibliographique
Résumé
Supercapacitors are a promising renewable energy device for mobile power supply, due to high power density, long cycle life and high safety, but are limited by relatively poor energy density. [1] Surface area of active material and distribution of ions that bind to the electrode surface are key performance indicators. Reduced graphene oxide (rGO) with high density and surface area (2675 m 2 g -1 ), as well as high electrical conductivity and chemical stability, is an ideal candidate for high volumetric energy density devices, but sheet restacking limits pore utilization. [2] An aqueous IL–surfactant microemulsion system has been developed that facilitates spontaneous adsorption of IL-filled micelles onto rGO (IM-rGO). [3-5] The surfactant helps distribute the IL (EMImTFSI) on the rGO surface, resulting in intercalated IL which acts as spacer and electrolyte with large electrochemical window (fig.1). This novel material system has overcome major challenges, whereby tuning of the IL and surfactant content provides record high volumetric capacitances (144 F cm -3 for 60% IL). Binding and transport of EMIm + (diameter ~8 Å) is the critical mechanism of charge storage in these devices and is affected by pore size and confinement, [6] interfacial interactions and structuring, [7] and electrolyte infiltration. We have applied small angle scattering, neutron reflectivity and quasi-elastic neutron scattering (QENS) to investigate the effect of IL, surfactant and rGO composition on nanoscale pore structure and size, and ion diffusion. Structural insight of the three-phase system from solution precursors to solid electrode films of varied composition will be presented. QENS results, that distinguished ion dynamics at nanoscale time and spatial resolution, will be discussed in relation to structure and electrochemical performance to give further insight to the charging mechanism within this novel electrode system. These results not only allow optimisation of these composite electrodes and identify critical design parameters for optimised pore utilization and conductivity within carbon-based supercapacitor electrodes but importantly provide fundamental insight into nano-confined IL conduction mechanisms, which are still poorly understood. References: [1]Wang, Q., et al . Energy Environ. Sci. , 2016, 9 , 729-762. [2] Pope, M. A., et al . J. Phys. Chem. C , 2015, 119 , 20369-20378. [3] She, Z. et a l., ACS Nano , 2017, 11 , 10077-10087 [4] Lashkari, S., et al . J. Mater. Chem. A , 2023, 11 , 11222-11234 [5] Lashkari, S., et al ., Langmuir , 2022, 38 (1), 531-540. [6] Berrod, Q., et al ., Nanoscale , 2016, 8 , 7845. [7] Mezger, M., et al ., Science , 2008, 322 , 424-428. Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».