Neutral pH Ion-Conducting Polymer Electrolytes for Solid-state Electrochemical Capacitors
Notice bibliographique
Résumé
Thin, solid, flexible, safe, and reliable electrochemical capacitors (ECs) are in demand to power up next generations of wearable electronics and Internet-of-Things devices. Polymer electrolytes are key enablers for the development of solid-state capacitive devices. In this thesis, neutral pH ion-conducting polymer electrolytes (NPPEs) have been developed for ECs using either Li2SO4 or Na2SO4 ionic conductor and polyacrylamide (PAM) host. The optimized NPPEs exhibit: (i) wide electrochemical stability window, (ii) high ionic conductivity with low activation energy for conduction, (iii) long-shelf-life, (iv) good interfaces with EDLC electrodes, and (v) wide-range thermal stability. An in-depth investigation on material properties affecting electrolyte performance has been conducted for NPPEs. Through correlative studies between vibrational spectroscopic and electrochemical measurements, ion hydration was determined as crucial factor affecting ion conductivity and performance stability. Fully solvated ions are necessary to maintain stable performance over time, while smaller hydration shell allows for fast ion mobility. Meanwhile, at low temperatures below freezing point, EDLC interface can only be maintained with NPPE containing fewer crystallized water. Anti-icing additives possessing deep eutectic properties with water, e.g., DMSO, can widen the lower limit of operating temperatures of the NPPE. These correlations are essential considerations for developing future generations of NPPE. In carbon-based solid EDLC devices, both Li2SO4-PAM and Na2SO4-PAM demonstrated a stable 1.8 V cell voltage, much wider than those cells with proton- or hydroxide-ion based electrolytes which allows for significantly higher energy and power densities. Adding DMSO, the ternary system enabled the operating temperature of solid EDLC cells to -20 °C, beyond the typical limit in most aqueous-based systems. The effects of carbon loading on NPPE-based EDLCs were studied using two types of carbon with different pore structures to understand the limitations in designing solid capacitive devices. Although increasing carbon loading leads to higher capacitance, there are two possible adverse effects: (1) lower electrolyte penetration from highly viscous NPPE precursor solution; and (2) increased diffusion limitation, leading to lower material utilization which can be aggravated at faster rates, low temperatures, or with closed micropore-rich materials. These insights can be added to the guiding principle for design and develop solid EDLCs.
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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 | 0,000 |
| 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 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 ».