Denis Sačer

Karakterizacija pseudokapacitivnih svojstava kemijski priređenog MnO 2 te kompozita MnO 2 /polipirol

U današnje vrijeme potreba za racionalnom upotrebom električne energije postaje sve značajnija, pa tako uređaji za pohranu i pretvorbu energije privlače veliku pažnju. Navedenim uređajima pripadaju i superkondenzatori čija je glavna odlika velika gustoća snage koju mogu isporučiti, što im daje na važnosti u odnosu na ostale elektrokemijske spremnike i pretvornike energije kao što su galvanski i gorivni članci. Nedostatak tih uređaja je mala količina energije koja se može uskladištiti, pa se stoga velika pažnja posvećuje razvoju tzv. aktivnih materijala s poboljšanim svojstvima za skladištenje energije. Uzimajući u obzir način skladištenja naboja u superkondenzatoru, postoje dvije osnovne grupe aktivnih materijala. U prvu grupu spadaju materijali na bazi ugljika u kojima se naboj skladišti nabijanjem i izbijanjem elektrokemijskog dvosloja, a maksimalni specifični kapaciteti koji se postižu iznose oko 200 F g–1. Drugu grupu materijala čine tzv. redoks-aktivni materijali kod kojih se odvijaju redoks-reakcije praćene interkalacijom/deinterkalacijom iona elektrolita, pri čemu ne dolazi do promjena u samoj strukturi materijala, pa se stoga mogu postići velike brzine reakcije. Elektrokemijsko ponašanje tih materijala slično je ponašanju sustava kod kojih dolazi do nabijanja/izbijanja elektrokemijskog dvosloja, pa se za te materijale može reći da posjeduju pseudokapacitivna svojstva. U tu grupu materijala spadaju oksidi prijelaznih metala poput RuO2, MnO2, V2O5, IrO2 i NiO te vodljivi polimeri poput polianilina, politiofena, polipirola i poli(etilendioksitiofena).1–4 Od svih “pseudokapacitivnih” materijala najveće vrijednosti gravimetrijskih specifičnih kapaciteta su dobivene za amorfni i hidratizirani oblik RuO2 u iznosu od oko 750 F g−1.5 Međutim, zbog činjenice da je rutenij rijedak i skup metal, RuO2 se uglavnom upotrebljava u primjenama kod kojih su pouzdanost i visoki sadržaj energije mnogo važniji od cijene. Materijal koji se intenzivno istražuje posljednjih nekoliko godina je MnO2. Kod tog materijala se dobivaju niže vrijednosti specifičnih kapaciteta u odnosu na RuO2, međutim zbog velike zastupljenosti u prirodi i niske toksičnosti MnO2 bi u budućnosti mogao prednjačiti među aktivnim materijalima u superkondenzatorima. Osnovni cilj prilikom sinteze MnO2 je postići dobru ionsku i elektronsku vodljivost, što je nužan uvjet za brzo odvijanje Mn4+/Mn3+ redoks-reakcije opisane jednadžbom (1), odnosno za dobra pseudokapacitivna svojstva tog materijala.6 Karakterizacija pseudokapacitivnih svojstava kemijski priređenog MnO2 te kompozita MnO2/polipirol DOI: 10.15255/KUI.2015.009 KUI-10/2016 Izvorni znanstveni rad Prispjelo 6. veljače 2015. Prihvaćeno 15. travnja 2015.

New insights into chemical and electrochemical functionalization of graphene oxide electrodes by o -phenylenediamine and their potential applications

Chemical and electrochemical functionalization of graphene oxide by o-phenylenediamine with its subsequent polymerization was conducted. Electrochemical functionalization was carried out by anodic oxidation of o-phenylenediamine on the graphene oxide-covered gold electrode, while chemical functionalization was made by incubation of graphene oxide-covered electrode in the monomer solutions of different pHs. Cyclic voltammetry with the simultaneous mass changes monitored by EQCM was used for the testing of the resulting electrodes. The results demonstrate that formation of poly(o-phenylenediamine) takes place not only by electrochemical oxidation of monomer but also as a result of the spontaneous heterogeneous redox reaction between oxygen functionalities on graphene oxide and o-phenylenediamine. Resulting composite of graphene oxide/poly(o-phenylenediamine) showed relatively stable response and increased currents over the wide potential range in comparison with the same polymer formed at bare gold electrode giving rise to the significant pseudocapacitance of this material. The electroactivity of the composite was preserved in neutral medium, and hydration was identified as a rate-limiting process.

Supercapacitors based on graphene/pseudocapacitive materials

In this work composites of graphene and SnO 2 were successfully prepared by single step simultaneous synthesis of SnO 2 and reduction of graphene oxide (GO). Three different compositions of precursor solution resulted with different composite materials containing graphene and SnO 2 . The reaction was carried out by using microwave-assisted hydrothermal synthesis. Scanning electron microscopy (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) gave insight into morphology and composition of the obtained materials. Good capacitive/pseudocapacitive properties of the obtained material suitable for supercapacitor application were registered by using cyclic voltammetry from where specific capacitance values up to 93 F g -1 were determined.