SE512579C2 - Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning - Google Patents

Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning

Info

Publication number
SE512579C2
SE512579C2 SE9802489A SE9802489A SE512579C2 SE 512579 C2 SE512579 C2 SE 512579C2 SE 9802489 A SE9802489 A SE 9802489A SE 9802489 A SE9802489 A SE 9802489A SE 512579 C2 SE512579 C2 SE 512579C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
polymer
gel
electrode
conjugated
process according
Prior art date
Application number
SE9802489A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9802489D0 (sv
SE9802489L (sv
Inventor
Olle Inganaes
Soumyadeb Gosh
Original Assignee
Forskarpatent I Linkoeping Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forskarpatent I Linkoeping Ab filed Critical Forskarpatent I Linkoeping Ab
Priority to SE9802489A priority Critical patent/SE512579C2/sv
Publication of SE9802489D0 publication Critical patent/SE9802489D0/sv
Priority to PCT/SE1999/001217 priority patent/WO2000002949A1/en
Priority to EP99933438A priority patent/EP1095090B1/en
Priority to DE69911779T priority patent/DE69911779T2/de
Priority to US09/743,366 priority patent/US6482299B1/en
Priority to ES99933438T priority patent/ES2209467T3/es
Publication of SE9802489L publication Critical patent/SE9802489L/sv
Publication of SE512579C2 publication Critical patent/SE512579C2/sv

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122—Ionic conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
    • H01B1/127—Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
    • H01B1/128—Intrinsically conductive polymers comprising six-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polyanilines, polyphenylenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2009—Solid electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/12—Polymers characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2381/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon only; Polysulfones; Derivatives of such polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

512 579 2 Electroactive Polymer Electrochemistry, pt 1, Plenum Press, New York (1994). Detta slag av polymerer har ofta god perrneabilitet för små molekyler, ledande till direkt interaktion för bulkmaterialet med elektrolytlösningar. (Y.M. Volfkovich, V.S. Bagotzky, E.Y. Pisarevskya, Electrochirn. Acta, 41 (1996) 1905). De fungerar som elektroaktiva, och samtidigt, elektronledande material, när de är belagda på en elektrod. Emellertid är rörligheten förjoner i sådana material normalt låg, resulterande i en minskning i reversibiliteten för elektroden vid höga strömtätlteter (M.E.G. Lyons (ed.), Electroactive Polymer Electrochemistery, pt 1, Plenum Press, New York (1994)). Lösbara ledande polymerer har stabiliserats i gel-tillstånd (X. Chen; O. Inganäs, Synth Met., 74 (1995) 159; S. Shakuda, T. Kawai, S. Morita, K.
Yoshino, Japn. I. Appld. Phys. pt l, 33 (1994) 4121). Emellertid saknas ännu detaljundersökning av inverkan av gel-naturen för materialet, på de elektrokemiska egenskaperna. Vidare är dessa polymerer ej vattenlösliga och följaktligen kan deras geler endast prepareras i medium utan vatten. Beroende på låg konduktivitet för elektrolyter utan vatten, är sådana material ej lämpliga för framställandet av högeffektelektroder. Ledande polymerer har preparerats med användning av konventionella hydrogeler för att ge en gel- liknande karaktäristik (K. Gilmore, AJ. Hodgson, B. Luan, CJ. Small, G.G. Wallace, Polym. Gels & Network, 2 (1994) 135; S. Ghosh, V. kalpagam Synth. Met. 60 (1993) 133).
Emellertid tenderar i sådana system den ledande polymeren att agglomerera snarare än att forma en nätverksstruktur, vilket leder till dålig elektrisk konduktivitet i hela materialet (X.M.
Ren, P.G. Pickup, J. electroanal. Chem. 396 (1995) 359). Kompositer av ledande polymerer med grañtfibrer har preparerats, vilka visar moderat god laddningslagringskapacitet som kondensatorelektroder (B. Coffey, P.V. Madse, T.O. Poehler and P.C. Searson, J.
Electrochem. Soc 142 (1995) 321).
Bortsett från ökandet av den effektiva ytans storlek, kan ledande geler ge olika kemiska karaktäristiska till elektrodema mer effektivt än vad som kan åstadkommas genom ytmodifleringar av fasta elektroder. Sådana material med funktionaliserade “molekylära trådar" stabiliserade som gel i elektrolytlösningen kan leda till utvecklandet av mycket känsliga och snabba sensorer (M.E.G. Lyons, C.H Lyons, C.Fitzgerald T. Bannon, Analyst 118 (1993) 361), elektrokatalysatorer (G.A. Hards, T.R. Ralph, US Patent - 5501915 (1996), selektiva elektromembran e t c. Vidare har ledande polymerer multipla oxidationstillstånd vilket leder till högre pseudokapacitans (B.E: Conway, J. Electrochem. Soc., 138 (1991) 1539) och följaktligen högre energidensitet för kondensatorelektroder. 512 579 3 En av de mest direkta applikationerna för porösa elektroder har varit i kondensatoranordningar. Elektroder innehållande redoxärnnen kan ha mycket höga kapacitansvärden - till och med upp till flera hundra Farad per gram av elektrodmaterialet.
Sådana kondensatorer är kända som superkondensatorer, vilka används som energi- Iagringselement i elektronisk utrustning som minnesbackup för datorer, videokameror, mobil- telefoner e t c. Superkondensatorer kan finna applikationer i effektelektronikfalt t ex i UPS (oavbruten effekttillförsel) och motorstartare. Den huvudsakliga pådrivande kraften för utvecklingen av superkondensatorer i USA har varit deras potential för användning i elekt- riska fordon (A.F. Burke, 36th Power Sources Conference, (June 1994) Cherry Hill, New Jersey).
Porösa aktiverade kolelektroder med eller utan inbäddade redoxblandning har applicerats som elektrodmaterialet i superkondensatorer med kapacítanser på flera hundra Farad per gram material (H. Shi, Electrochim. Acta, 41 (1996) 1633). Blandvalenta (mixed valented) metalloxider som elektrodmaterial ger maximal kapacitans (B.E. Conway, J. Electrochem.
Soc., 138 (1991) 1539; F.P. Malaspina, JP 6503924 (1994), US Patent - 5079674 (1992), men har nackdelen att vara dyra. Även om hitintills endast kol och metalloxidbaserade elektroder har funnit kommersiell användning så finns ett ökande intresse för ledande polymerer som nya material för superkondensatorelektroder (I.A.C. Carlberg, 0:W: Inganäs, SE 9602955 (1998); C. Li, K.K. Lian, H. Wu, US Patent - 5591318 (l997); A.J. Rudge, J .P. Ferraris, S. Gottesfeld, US Patent - 5527640 (1996) and US Patent - 7981450 (1995)).
Detta är baserat på det faktum att i ledande polymerer, lagras laddningen i hela materialvolymen (A. Rudge, I. Davey, I. Raistrick, S. Gottesfeld, I. Power Sources, 47 (1994) 89), snarare än endast på ytan såsom i kolbaserade elektroder. Dessa polymerer är även billiga och lätta att producera. En annan fördel med ledande polymerer, som ännu inte har fullständigt utnyttjats och där det föreliggande arbetet är ett steg i denna riktning, är möjligheten att dessa polymerer kan vara nano-strukturerade till lämplig morfologi (C.R.
Martin, Science, 266 (1994) 1961) för optimal energi och effekttäthet. Såsom beskrivits ovan kan ledande geler leda till elektroder med maximal ytstorlek. Emellertid bör det noteras att även om ytstorleken för en elektrod ökar med en minskning i pordiameter i ett elektrodmaterial, så visar den totalt tillgängliga laddningen på kort tid ett mer komplext beteende (S. Sarangapanai, B.V. Tilak, C.-P. Chen, I. Electrochem. Soc 143 (1996) 3791).
Den uppvisar en ökning med en minskning i diameter tills ett optimalt värde (i "l lll 'Ivlll ll' l"ll 'l ll lrltrl ll I l* ll l' ll! IIIIIWI II i..||L.1l .
...- J-- 512 579 4 storleksordningen nâgra få nanometer) uppnås och visar sedan en minskande trend. Därför är en elektrod med en pordiarneter av mellanstorlek, eller innefattande en fördelning av diarneterstorlekar, mer önskvärd för snabba kondensatorelektroder.
Det föreliggande arbetet är centrerat på idén med nanostrukturering av en ledande gel med optimal nätverks-morfologi. Detta har åstadkommits genom tvärbindning av ledande polymera mikrogelpartilclar lösta i ett vattenmedium. PEDOT-PSS- komplex, med överskott av fixerad negativ laddning och löst i vattenmedium, befanns vara den lämpliga sammansätt- ningen för denna preparation. Lösningen är kommersiellt tillgänglig under varumärket, Baytron-P, från Bayer AG, i Tyskland. Till följd av nätverksstrukturen och beroende på gel- naturen för partiklarna som används som dess bygg-block, ger det preparerade gelmaterialet utmärkt tillgänglighet från elektrolytlösningen till polymerkedjorna. Den elektriska förbind- ningen för polymerkedjoma är vidare förbättrad genom elektropolymeriserng av en annan ledande polymer, såsom exempelvis polypyrrol (PPy), polyanilin (PAni), med användning av polymer-gelen som schablon. Eftersom gel-nätverket fungerar som en tredimensionell elektrod får den elektropolymeriserade polymeren en tredimensionell morfologi. Närvaron av mer än en ledande polymer i ett material har fördelen att ge materialet elektrisk ledningsförrnäga även när en av polymererna är i det icke ledande, odopade tillståndet. Den senare polymeren förbättrar även den mekaniska stabiliteten för elektrodmaterialet. Iden som presenterats här ger flexibilitet i valet av det andra eller efterföljande material som skall deponeras på den ursprungliga fysiskt tvärbundna gelen för att ge önskade funktionsegenskaper till elektroden.
Exempelvis kan en funktionell polymer användas som komponent för att åstadkomma specifika kemiska karaktäristiska för material som skall användas till sensorer eller elektrokatalytiska elektroder. Andra vattenlösliga komponenter kan fördelas i kom- positrnaterialet även vid tidpunkten för den fysiska tvärbindningen av dispersionen. PEDOT- PSS, blandad med vattenlöslig polymer, (polyerylenoxid PEO), och fysikaliskt tvärbunden, har visat sig bilda en nätverksstruktur. Denna kan användas till elektroder i fast tillstånd med hög effektiv ytstorlek.
Experimentella detaljer Preparerandet av PEDOT-PSS hydrogel: Koncentrationen av PEDOT-PSS-dispersionen, Baytron-P (Bayer, Tyskland) befanns vara 512 579 1,2%(vikt), genom torkning och vägning. För preparerandet av gelen spreds en uppmätt mängd (ungefär 15mg) av dispersionen på en 0,5 x l,0cm2 guldbelagd kiselbricka, över en yta pá 0,5 x 0,5cm2. Dispersionen koncentrerades till ungefär 25 till 30% av sin volym, eller torkades fullständigt i en del fall i en ugn vid 40 - 50C°. En droppe av IM vattenlösningen av ett salt med multivalent katjon såsom exempelvis MgSO4 eller CaClz, tillsattes sedan till dispersionen eller till den torkade filmen för den fysikaliska tvärbindningen och gelningen.
Efter 15 minuters ekvilibrering i vattenlösningen i rumstemperatur, placerades elektroden försiktigt i O,1M lösning av samma salt för lagring.
Preparering av PEDOT-PSS nätverk z' en blandning: För preparerandet av blandningarna, användes PEO med molekylvikt pâ approximativt 6 x l0", erhållna från the British Drug House (BDH). PEDOT-PSS/PEO-blandningar innehållande ungefär l0%(vikt) PEDOT-PSS preparerades genom blandning av l%(vilct) vattenlösning av PEO med Baytron P i lämpliga proportioner och spridande av blandningen på en glasplatta. En film bildades genom föràngning av vattnet vid ungefär 70°C i en ugn.
För fysikalisk tvärbindning, utsattes filmen för en vattenlösning av 0,25M MgSQ, under åtminstone 5 timmar. För att avlägsna överskottet av MgSOr, tvättades filmerna med vatten 2 till 3 ggr genom exponering av filmen i vatten, varje gång under 20 minuter. Bildandet av nätverksmorfologin för PEDOT-PSS i blandningen bekräftades av den distinkta ändringen i ledningsförrnåga för materialet efter den fysikaliska tvärbindningen.
Elektropolymerísering av en annan ledande polymer i gelen: PEDOT-PSS-hydrogelelektroden såsom den beskrivits ovan placerades i en vattenelelctrolytlösning innehållande O,5M pyrrol och O,1M NazSO. vid pH 2 under åtminstone 5 minuter, i en treelektrods elektrokemisk cell vid omgivningsförhâllanden. PPy fick växa på PEDOT-PSS-gelelektroden genom elektrokemisk polymerisering i samma lösning vid ett potentiostatiskt värde på 0,SV relativt Ag/AgCl-referenselektroden. Mängden av laddning som passerade mättes med coulometri; 350 - 500mC laddning passerade. Elektroden tvättades sedan genom ekvilibrering med vatten. PAni fick växa i hydrogelen genom en liknande procedur.
Applikatíon av gelelektrod som sensor.- iii-Aili. m. . ..- l_...l. . 512 579 6 Elektroden som preparerats genom tvärbindning av den torkade PEDOT-PSS-ñlmen användes i detta syfte. Gelen var jämförelsevis tätare och antogs ha högre elektrisk förbindelseförmåga i hela massan. Därför krävdes ej deponering av den andra ledande polymeren. Vattenjärnkomplex användes som testprov. Den tvärbundna PEDOT~PSS-belagda elektroden användes som arbetselektrod i en treelelctrodscell innehållande i vattenlösning O,5mM järn(III) (acetylacetonat), ett neutral järnkomplex, och 0,1M NaCl elektrolytlösning vid pH2,6. Cykliska voltamogram för elektroderna registrerades mellan 0,lV och 0,7V relativt Ag/AgCl referenselektrod. En ökning på 25ggr i toppström, beroende på järn (III)/jäm (II) redoxkoppling kunde observeras för elektroden vid en scanningshastighet på 50mV/s, jämfört med den som erhölls genom användande av en ren guldelektrod under samma förhållanden. När en multivalent järn (III) komplex, jäm (III) (bipyridylfh användes som redoxkoppling vid samma förhållanden, kunde en ökning i toppström på l00ggr observeras till följd av den specifika samverkan mellan negativt laddat PEDOT-PSS och det positivt laddade jonkomplexet.
Applikatíon av gelelektroden i en superkondensator: Två gelektroder, preparerade genom tvärbindning av den koncentrerade PEDOT-PSS- dispersionen och efterföljande elektropolymerisering av en ledande polymer användes i en cell innehållande IM NazSQ, vid pH 2,3 som elektrolytlösning. Cykliska voltamogram registrerades vid olika scanhastigheter mellan -0,75V till +0,75V, med användning av en av elektroderna som referenselektrod. Voltamogrammen var rektangulärt formade såsom förväntat från ideala kondensatorer även vid scanningshastigheter så höga som 200mV/s.
Laddning-urladdningskaraktäristilren för superkondensatorcellerna studerades också med användning av kronovoltametri under galvanostatiska förhållanden. När bägge elektroderna som användes innehöll PPy som den elektropolymeriserade polymeren, åstadkoms en energitätliet på 1,7 till 2Wh/kg för polymerkompositen, utan att visa några tecken på minskning upp till en effekttäthet på l,8kW/kg. För en cell med PAni innehållande gelelektrod som anoden och PPy innehållande elektrod som katoden erhölls högre energidensitet (2,5Wh/kg) vid effektdensitet på ungefär 0,6kW/kg, men värdet minskade till en tredjedel när effektdensiteten nådde ett värde på ungefär 2kW/kg. PPy elektroden syntes därför vara mer lämplig för applikationer med hög effektdensitet.

Claims (16)

512 579 7 PATENTKKAV
1. Förfarande för framställning av ett i hög grad poröst nätverk av elektroaktiva konjugerade polymerer, kännetecknat av att svällda partiklar av ett elektroaktivt konjugerat polymer-polyelektrolyt-komplex i en dispersion tvärbinds i dispersíonen genom multivalenta joner, bildande en gel-struktur fungerande som en geometrisk schablon i en efterföljande polymerisering av ytterligare en annan konjugerad polymer genom kemisk polymerisation eller elektrooxidativ polymerisering av en monomer inuti gel-strukturen.
2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att dispersionen av partiklar är baserad på dopade eller odopade poly(heterocykliska) polymerer i komplex med polyelektrolytkedjor, och av att partiklarna är steriskt stabiliserade av ett överskott av polyelektrolytladdningar och tvärbundna av valenta joner för att bilda en i hög grad svälld fast kropp av en polymer P1.
3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att också ytterligare icke-konjugerade lösbara polymerer är inkluderade i gel-strukturen före tvärbindningen av divalenta joner, företrädesvis Mg2+ eller Ca2+.
4. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att den tvärbundna och svällda strukturen av polymeren P1 fungerar som schablon för deponerandet av ytterligare en annan konjugerad polymer P2 i dess dopade form.
5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att den konjugerade polymeren P2 är deponerad genom elektrokemisk polymerisering av en heterocyklisk monomer inuti den svällda elektrodgelstrukturen i kontakt med en strömkollektor för att bilda en stabiliserad mycket porös fast kropp.
6. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att den konjugerade polymerade P2 är deponerad genom kemisk polymerisering av en heterocyklisk monomer inuti det lösta svällda elektrodskiktet i närvaron av en kemisk oxidant för att bilda en stabiliserad mycket porös fast kropp.
7. Förfarande enligt krav 1 och 2, kännetecknat av att det konjugerade polymer- polyelektrolyt-komplexet är en polyheterocyklisk konjugerad polymer lämpligtvis pyrol, tiofen, furan, selenofen, tellurofen, anilin och derivat härav, och av att polyelektrolyten är en polyanionisk struktur, lämpligtvis polyßtyrensulfonat), poly(vinylsulfat) eller poly(vinylkarboxylat) e t c.
8. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av att det konjugerade polymer-polyelektrolyt- III illtumrimm» win: »i-i- I ET íiii Viiiilfi ' komplexet innehåller poly(3.4-etylen dioxy-tiofen) och derivat därav.
9. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att den konjugerade polymeren P2 är en polyüeterocykliskt) konjugerad polymer, lämpligtvis en polymer av pyrrol, tiofen, furan. selenofen, tellurofen, anilin och derivat därav.
10. Användning av det mycket porösa nätverket av elektroalctiva polymerer framställt i enlighet med krav l, som ett elelctrodskikt i kontakt med en elektrolyt och kännetecknad av att laddning och urladdning av elektrodskíktet används för laddnings- och energilagring.
11. Användning vid krav 10, kännetecknad av att elektrolyten är en flytande vatten- eller organisk baserad elelctrolyt eller en fast polymerelektrolyt.
12. Användning enligt krav 11, i ett åter-laddningsbart sekundärt batteri.
13. Användning enligt krav ll, i en superkondcnsator for snabb laddning och urladdning.
14. Användning enligt krav 10, kännetecknad av att elektroden är nedsänkt i en elektrolyt med ett löst redoxsystem, och av att den stora effektiva ytan for elektmden ökar hastigheten för redoxreaktionema.
15. Användning enligt krav 14, i redoxbatterier.
16. Användning enligt krav 14, i elektrokatalytiska system. .... . .. , . . . . t 1. Anvanururrg rer. A MAN AG Ledande polymera mikrogelpartiklar lösta i ett vattemnedium, PEDOT-PSS- komplex, med överskott av fixerad negativ laddning och löst i vattenmedium. tvärbands. Till följd av nätverksstrukturen och beroende på gelnamren för partiklarna som används som dess bygg- block, ger det preparerade gelmaterialet utmärkt tillgänglighet fór elelctrolytlösnixxgen till polymerkedjorna. Den elektriska förbindningssfórtnågan för polymerkedjorna förbättrades vidare genom elektropolymerlserngen av en annan ledande polymer, såsom exempelvis polypyrrol (PPy), polyanilin (PAni), med användning av polymer-gelen som schablon.
SE9802489A 1998-07-09 1998-07-09 Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning SE512579C2 (sv)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9802489A SE512579C2 (sv) 1998-07-09 1998-07-09 Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning
PCT/SE1999/001217 WO2000002949A1 (en) 1998-07-09 1999-07-05 Polymer gel electrode
EP99933438A EP1095090B1 (en) 1998-07-09 1999-07-05 Polymer gel electrode
DE69911779T DE69911779T2 (de) 1998-07-09 1999-07-05 Herstellung und Verwendung von Elektroden aus hochporösen, konjugierten Polymeren in elektrochemischen Systemen
US09/743,366 US6482299B1 (en) 1998-07-09 1999-07-05 Polymer gel electrode
ES99933438T ES2209467T3 (es) 1998-07-09 1999-07-05 Electrodo en gel polimero.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9802489A SE512579C2 (sv) 1998-07-09 1998-07-09 Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9802489D0 SE9802489D0 (sv) 1998-07-09
SE9802489L SE9802489L (sv) 2000-01-10
SE512579C2 true SE512579C2 (sv) 2000-04-03

Family

ID=20412042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9802489A SE512579C2 (sv) 1998-07-09 1998-07-09 Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6482299B1 (sv)
EP (1) EP1095090B1 (sv)
DE (1) DE69911779T2 (sv)
ES (1) ES2209467T3 (sv)
SE (1) SE512579C2 (sv)
WO (1) WO2000002949A1 (sv)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100382212C (zh) * 2001-04-13 2008-04-16 三洋化成工业株式会社 电解电容器
KR100422109B1 (ko) * 2001-05-15 2004-03-10 주식회사 미뉴타텍 전극으로 유용한 고분자 배위화합물
WO2004067637A1 (ja) * 2003-01-28 2004-08-12 Toppan Forms Co., Ltd. 導電性高分子ゲル及びその製造方法、アクチュエータ、イオン導入用パッチラベル、生体電極、トナー、導電機能部材、帯電防止シート、印刷回路部材、導電性ペースト、燃料電池用電極、並びに燃料電池
KR100601090B1 (ko) * 2003-10-14 2006-07-14 주식회사 엘지화학 다공성 템플레이트를 이용하여 제조된 고표면적 전극시스템 및 이를 이용한 전기 소자
JP5052760B2 (ja) 2005-04-27 2012-10-17 株式会社フジクラ 導電材料の製造方法
US8005526B2 (en) * 2005-08-31 2011-08-23 The Regents Of The University Of Michigan Biologically integrated electrode devices
US9084546B2 (en) * 2005-08-31 2015-07-21 The Regents Of The University Of Michigan Co-electrodeposited hydrogel-conducting polymer electrodes for biomedical applications
WO2007088517A2 (en) 2006-02-01 2007-08-09 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Apparatus for manipulating, modifying and characterizing particles in a micro channel
US8936794B2 (en) * 2006-08-25 2015-01-20 The Regents Of The University Of Michigan Conducting polymer nanotube actuators for precisely controlled release of medicine and bioactive molecules
US8399134B2 (en) 2007-11-20 2013-03-19 Firefly Energy, Inc. Lead acid battery including a two-layer carbon foam current collector
WO2011119664A2 (en) 2010-03-25 2011-09-29 University Of Connecticut Formation of conjugated polymers for solid-state devices
EP2753673A4 (en) * 2011-09-09 2015-05-06 Univ Connecticut ELECTROCHROMIC DEVICES MANUFACTURED FROM IN-SITU FORMATION OF CONJUGATED POLYMERS
EP2875033B8 (en) 2012-07-23 2019-09-11 The University of Connecticut Electrochromic copolymers from precursors, method of making, and use thereof
US10323178B2 (en) 2014-05-16 2019-06-18 The University Of Connecticut Color tuning of electrochromic devices using an organic dye
JP6510388B2 (ja) * 2015-11-17 2019-05-08 日本電信電話株式会社 生体適合性ゲル材料、生体適合性ゲル材料の製造方法、生体適合性ゲル電極、及び生体組織吸着デバイス
WO2019018259A1 (en) * 2017-07-17 2019-01-24 Massachusetts Institute Of Technology IMPROVING THE PERFORMANCE STABILITY OF ELECTROACTIVE POLYMERS BY ORGANIC NETWORKS DEPOSITED IN STEAM PHASE
US10858522B2 (en) * 2018-06-26 2020-12-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electrically conductive hydrogels with tunable properties
CN111540916B (zh) * 2020-05-13 2023-02-28 辽宁大学 温敏型导电智能水凝胶微球修饰的碳毡电极材料及其制备方法和应用
US12331394B2 (en) * 2022-07-22 2025-06-17 University Of North Texas Method of forming porous inorganic films via polymer swelling infiltration
GB2622411B (en) * 2022-09-15 2025-07-30 Dyson Technology Ltd Electrode precursor composition
GB2622410B (en) * 2022-09-15 2025-08-06 Dyson Technology Ltd Electrode precursor composition
WO2025142118A1 (ja) * 2023-12-28 2025-07-03 Tdk株式会社 高分子膜

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2632979B1 (fr) 1988-06-16 1990-09-21 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'un polymere conducteur mixte ionique et electronique et polymeres obtenus par ce procede
US5489400A (en) * 1993-04-22 1996-02-06 Industrial Technology Research Institute Molecular complex of conductive polymer and polyelectrolyte; and a process of producing same
US5563424A (en) * 1994-03-24 1996-10-08 Uniax Corporation Polymer grid triodes
DE4414255A1 (de) * 1994-04-23 1995-10-26 Basf Ag Polyaminothiophene
DE4424711A1 (de) * 1994-07-13 1996-01-18 Basf Ag Polyaminothiphene
JP3957231B2 (ja) * 1996-10-24 2007-08-15 昭和電工株式会社 導電性ミクロゲル分散体、及びその製造方法
JP4049839B2 (ja) 1996-11-08 2008-02-20 昭和電工株式会社 帯電防止処理材の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US6482299B1 (en) 2002-11-19
ES2209467T3 (es) 2004-06-16
EP1095090A1 (en) 2001-05-02
SE9802489D0 (sv) 1998-07-09
EP1095090B1 (en) 2003-10-01
WO2000002949A1 (en) 2000-01-20
DE69911779D1 (de) 2003-11-06
DE69911779T2 (de) 2004-08-19
SE9802489L (sv) 2000-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shi et al. Nanostructured conducting polymer hydrogels for energy storage applications
SE512579C2 (sv) Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning
Abdelhamid et al. Storing energy in plastics: a review on conducting polymers & their role in electrochemical energy storage
Chen et al. Establishing a resilient conductive binding network for Si-based anodes via molecular engineering
Chu et al. Electrochemically building three-dimensional supramolecular polymer hydrogel for flexible solid-state micro-supercapacitors
Choi et al. Recent progress on polymeric binders for silicon anodes in lithium-ion batteries
Yu et al. Chemically building interpenetrating polymeric networks of Bi-crosslinked hydrogel macromolecules for membrane supercapacitors
Bavio et al. Flexible symmetric and asymmetric supercapacitors based in nanocomposites of carbon cloth/polyaniline-carbon nanotubes
CN105958011B (zh) 非水电解液二次电池和用于其的正极片
US5002700A (en) Permanently doped polyaniline and method thereof
Muldoon et al. Polymers: Opening doors to future batteries
Yu et al. Bifunctional hydrogen-bonding cross-linked polymeric binder for high sulfur loading cathodes in lithium/sulfur batteries
Guo et al. I‐containing Polymer/Alloy Layer‐Based Li Anode Mediating High‐Performance Lithium–Air Batteries
Simotwo et al. Polyaniline-based electrodes: recent application in supercapacitors and next generation rechargeable batteries
CN1209828C (zh) 制备锂蓄电池用的正极活性物质的方法
JP2005527957A5 (sv)
US11905609B2 (en) Self-organized and electrically conducting PEDOT polymer matrix for applications in sensors and energy generation and storage
Silvaraj et al. Tailorable solid-state supercapacitors based on poly (N-hydroxymethylacrylamide) hydrogel electrolytes with high ionic conductivity
Ma et al. Three-dimensional hierarchical walnut kernel shape conducting polymer as water soluble binder for lithium-ion battery
US20190148714A1 (en) Improved polymer layer morphology for increased energy and current delivery from a battery-supercapacitor hybrid
Hailu et al. The development of super electrically conductive Si material with polymer brush acid and emeraldine base and its auto-switch design for high-safety and high-performance lithium-ion battery
Jiang et al. Understanding the dual function of oxygen-containing groups in fabricating PANi electrodes and Zn-PANi battery
Rathinasamy et al. Electrochemical benefits of conductive polymers as a cathode material in LFP battery technology
Wallace et al. Inherently conducting polymers via electropolymerization for energy conversion and storage
JP3089707B2 (ja) 固形電極組成物

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed