Polyaniliini-aktiivihiili-komposiitti painettavan superkondensaattorin elektrodimateriaalina
Kattainen, Aapo (2023)
Kattainen, Aapo
2023
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-08-14
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202306216878
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202306216878
Tiivistelmä
Superkondensaattorin kyky varastoida sähköenergiaa perustuu joko sähkökemiallisen kaksoiskerroksen kapasitanssiin, elektrodeilla tapahtuviin faradisiin reaktioihin tai näiden kahden yhdistelmään. Komposiittielektrodimateriaaleja sekä epäsymmetrisiä elektrodikonfiguraatioita hyödyntämällä voidaan saavuttaa erinomaisen sähköisen suorituskyvyn omaavia superkondensaattoreita. Elektroniikan painotekniikat puolestaan mahdollistavat ohuiden ja taipuisien superkondensaattoreiden valmistuksen ja avaavat näin uusia mahdollisuuksia superkondensaattoreiden sovelluskäytölle.
Tässä kandidaatintutkielmassa tutkitaan kokeellisesti kahden polyaniliini-aktiivihiili-komposiittimateriaalin sähköistä suorituskykyä painettavan superkondensaattorin elektrodikäytössä. Materiaalien vertailukohtana käytetään aktiivihiiltä, joka on ylivoimaisesti yleisin superkondensaattoreissa käytetty elektrodimateriaali. Tutkittavista materiaaleista valmistettiin vesipohjaisia elektrolyyttejä hyödyntäviä superkondensaattorinäytteitä symmetrisillä ja epäsymmetrisillä elektrodikonfiguraatioilla, ja valmistettujen näytteiden sähköistä suorituskykyä arvioitiin sähkökemiallisen karakterisoinnin menetelmillä. Superkondensaattorit valmistettiin seripainamalla taipuisille polyetyleenitereftalaattialustoille, ja niiden kokonaispaksuudet olivat alle 1 mm. Näytteitä valmistettiin sekä tavanomaisella vastakkain laminoidulla että monoliittisella rakenteella, ja rakennetyyppien välisiä eroja tarkasteltiin superkondensaattoreiden sähköisen suorituskyvyn sekä valmistusprosessin kannalta.
Polyaniliini-aktiivihiili-komposiittielektrodimateriaaleilla voidaan tutkielman perusteella kasvattaa painetun symmetrisen superkondensaattorikennon kokonaiskapasitanssia noin 200 % aktiivihiileen verrattuna. Superkondensaattorin energiatiheyttä voidaan edelleen optimoida hyödyntämällä epäsymmetrisen elektrodikonfiguraation laajempaa jänniteikkunaa. Monoliittinen superkondensaattorirakenne mahdollistaa superkondensaattoreiden helpomman massatuotannon eliminoimalla käsin tehtävän kokoonpanovaiheen. Tutkielmassa kuvattu monoliittisten superkondensaattoreiden valmistusprosessi soveltuu kuitenkin vain aktiivihiilielektrodeja hyödyntävien superkondensaattoreiden valmistukseen.
Tässä kandidaatintutkielmassa tutkitaan kokeellisesti kahden polyaniliini-aktiivihiili-komposiittimateriaalin sähköistä suorituskykyä painettavan superkondensaattorin elektrodikäytössä. Materiaalien vertailukohtana käytetään aktiivihiiltä, joka on ylivoimaisesti yleisin superkondensaattoreissa käytetty elektrodimateriaali. Tutkittavista materiaaleista valmistettiin vesipohjaisia elektrolyyttejä hyödyntäviä superkondensaattorinäytteitä symmetrisillä ja epäsymmetrisillä elektrodikonfiguraatioilla, ja valmistettujen näytteiden sähköistä suorituskykyä arvioitiin sähkökemiallisen karakterisoinnin menetelmillä. Superkondensaattorit valmistettiin seripainamalla taipuisille polyetyleenitereftalaattialustoille, ja niiden kokonaispaksuudet olivat alle 1 mm. Näytteitä valmistettiin sekä tavanomaisella vastakkain laminoidulla että monoliittisella rakenteella, ja rakennetyyppien välisiä eroja tarkasteltiin superkondensaattoreiden sähköisen suorituskyvyn sekä valmistusprosessin kannalta.
Polyaniliini-aktiivihiili-komposiittielektrodimateriaaleilla voidaan tutkielman perusteella kasvattaa painetun symmetrisen superkondensaattorikennon kokonaiskapasitanssia noin 200 % aktiivihiileen verrattuna. Superkondensaattorin energiatiheyttä voidaan edelleen optimoida hyödyntämällä epäsymmetrisen elektrodikonfiguraation laajempaa jänniteikkunaa. Monoliittinen superkondensaattorirakenne mahdollistaa superkondensaattoreiden helpomman massatuotannon eliminoimalla käsin tehtävän kokoonpanovaiheen. Tutkielmassa kuvattu monoliittisten superkondensaattoreiden valmistusprosessi soveltuu kuitenkin vain aktiivihiilielektrodeja hyödyntävien superkondensaattoreiden valmistukseen.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8800]