CuO Sentezi, rGO/CuO ve rGO/CuO/PEDOT nanokompozitlerinin süperkapasitör ve eşdeğer devre model uygulamaları

Abstract

rGO, CuO, PEDOT ve rGO/CuO nanokompozitinin [rGO]o/[CuO]o= 1:1; 1:1.5; 1:2 ve rGO/CuO/PEDOT nanokompozitinin [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o= 1:1:1; 1:1:3; ve 1:1:5 oranlarında GO'nun kimyasal indirgenmesi ve in-situ polimerizasyon işlemi ile araştırılmıştır. Nanokompozit sentezleri Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışınları analizi (EDX), yüksek çözünürlüklü geçirgenlik elektron mikroskobu (HR-TEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) yüzey alan analizi gibi yöntemlerle karakterize edilmiştir. Nanokompozit malzemeler spektroskopik ve termo-gravimetrik analizlerde (FTIR-ATR, Raman ve TGA-DTA) incelenmiştir. Elektrokimyasal performansları galvanostatik yükleme / boşalma (GCD), döngülü voltametri (DV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EES) ile ölçülmüştür. En yüksek spesifik kapasitans rGO/CuO/PEDOT nanokompozitinin [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o =1:1:5 oranlarında 2 mV/s tarama hızında Csp= 156.7 F/g olarak elde edilmiştir. rGO/CuO/PEDOT nanokompoziti için [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o=1:1:5 oranında 2 elektrotlu süperkapasitör cihazın maksimum, spesifik enerji (E= 14.15 Wh/kg, 20 mA) ve speifik güç (P= 24730 W/kg, 50 mA), elektrik seri direnci (ESR= 13.33 Ω) ile 3000 döngüde kapasitif kayıp fazla olmadan elde edilmiştir. LR1(CR2)(QR3) eşdeğer devre modeli EES verilerle incelenmiştir. rGO/CuO/PEDOT nanokompozit elektrodunun süperkapasitör performansı hibrid süperkapasitör olarak sinerjik etki oluşturur.Anahtar kelimeler : Süperkapasitörler, indirgenmiş grafen oksit, iletken polimerler, Bakır oksit, poli(3,4-etilendioksitiyofen)

Supercapacitor properties of rGO, CuO, PEDOT and rGO/CuO at [rGO]o/[CuO]o= 1:1; 1:1.5; 1:2 and rGO/CuO/PEDOT nanocomposite at [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o= 1:1:1; 1:1:3; 1:1:5 were investigated using chemical reduction of GO and in- situ polymerization process. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDX), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis confirm the nanocomposite formations. Nanocomposite materials are also analyzed through spectroscopic and thermo-gravimetric analysis (FTIR-ATR, Raman and TGA-DTA). Electrochemical performance were studied by galvonanostatic charge/discharge (GCD), cyclic voltametry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The highest specific capacitance of Csp= 156.7 F/g at 2 mV/s is determined as rGO/CuO/PEDOT at [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o =1:1:5. In addition, two electrode supercapacitor device for rGO/CuO/PEDOT at [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o=1:1:5 are found to provide a maximum specific energy (E= 14.15 Wh/kg at 20 mA) and specific power (P= 24730 W/kg at 50 mA), electrical serial resistance (ESR= 13.33 Ω) with good capacity retention after 3000 cycles. An equivalent circuit model of LR1(CR2)(QR3) is proposed to interpret the EIS data. The supercapacitor performance of the rGO/CuO/PEDOT nanocomposite electrode indicates the synergistic effect of hybrid supercapacitors.Keywords : Supercapacitors, reduced graphene oxide, conductive polymers, Copper oxide, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)