Synthesis of metal nanowire based core-shell structured 3D electrode with high porosity and electrical conductivity

Abstract

Three-dimensional (3D) porous electrodes with high conductivity, specific surface area, and material permeability have the potential to be applied in the fields of energy devices, catalysis, heat management, and sensors. In this report, we represent a novel solution process of synthesizing a 3D silver-gold core-shell structured nanowire foam electrode. The gold coated on the surface of the silver nanowires improves the chemical stability of the foam and nano-welds the junctions between nanowires to form a robust electrical path with structurally stable 3D nanowire percolation networks. This foam electrode has a high porosity and large pore size of 1–10 μm in a low-density region, thus exhibiting high hydraulic permeability similar to that of commercial carbon cloths. Finally, this research proposes a fabricating method for the composite of a foam electrode and a polyacrylamide hydrogel, in which the hydrogel networks are embedded in the electrode.

높은 전도성, 비표면적 및 재료 투과성을 갖는 3차원(3D) 다공성 전극은 에너지 소자, 촉매, 열 관리 및 센서 분야에 활용되어 왔다. 본 연구에서는, 3D 은-금 코어-쉘 구조 나노와이어 다공성 전극을 합성하는 새로운 용액 공정 방법을 제시한다. 은 나노와이어 표면에 코팅된 금은 화학적 안정성을 향상시키며, 나노와이어 접합부를 나노-용접함으로써 구조적으로 안정한 3D 나노와이어 퍼콜레이션 네트워크와 견실한 전기전도 경로를 형성한다. 본 다공성 전극은 1–10 μm의 큰 공극 크기와 높은 공극률을 가지며, 저밀도 영역에서 상용 Carbon clothes와 유사한 정도의 높은 투수율을 보인다. 최종적으로, 본 연구에서는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 네트워크를 다공성 전극에 내장한 계층 구조의 복합체 제조 방법을 제시한다.