얼음 템플릿을 이용한 이차원 공액 고분자 시트의 대규모 준비: 두께에 독립적인 유연한 슈퍼커패시턴스

이차원(2D) 유기 재료는 뛰어난 화학적 및 물리적 특성 덕분에 다양한 현대 응용 분야에서 사용될 가능성이 크다. 여기서, 상업적으로 이용 가능한 PEDOT:PSS 서스펜션에서 얼음을 템플릿으로 사용하여 폴리(3,4-에틸렌디오시티오펜):폴리(4-스타이렌설폰산염) (PEDOT:PSS)의 2D 시트를 준비한다. 물이 굳어질 때 고분자가 서스펜션에서 '짜내어'지면서 얼음 결정의 경계에서 2D PEDOT:PSS 시트가 성장한다. WO3 나노와이어를 포함시킴으로써 시트의 기계적 견고성을 향상시킬 수 있으며, PSS 성분은 농축 H2SO4 용액으로 용이하게 제거되어 PEDOT 또는 WO3@PEDOT 시트의 안정적인 서스펜션을 제공할 수 있다. 이들 중 어느 것도 여과를 통해 조정 가능한 두께의 유연한 필름으로 전환될 수 있다. WO3@PEDOT 필름으로 제작된 Swagelok 또는 파우치형 슈퍼커패시터 장치는 높은 비율의 능력, 두께에 독립적인 에너지 저장(예: 1mm 두께의 필름으로 701 mF cm–2 달성), 기계적 변형에 대한 높은 저항성, 그리고 좋은 사이클 안정성을 포함한 뛰어난 에너지 저장 특성을 보인다. 또한, 1mm 두께의 필름을 사용해 제작된 장치에서 10 mW cm–2의 높은 전력 밀도에서 0.083 mWh cm–2의 높은 에너지 밀도가 측정되었다. 설명된 방법론은 2D 유기 시트에 접근하기 위한 효율적이고 용이하게 확장 가능한 접근법을 제시한다.