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Publicação
LASER INDUCED GRAPHENE MODIFICATION WITH METAL OXIDES FOR HIGH ENERGY DENSITY MICROSUPERCAPACITORS
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.53 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Laser-induced graphene (LIG) on paper is a promising material for flexible micro-supercapacitors
(MSC) due to its simple and cost-effective processing. However, common production procedures of
MSC are restrained to the production of carbon-based electrodes which exhibit relatively low energy
densities. Metal oxides exhibit faradaic pseudocapacitance due to reversible redox reactions at the
electrode-electrolyte interface resulting in higher energy storage capacity compared to carbon-based
electrodes used in electric double-layer capacitors. Manganese oxide (MnO2) exhibits excellent
electrochemical stability, its low cost, abundant, and environmentally friendly which contributes to its
attractiveness. In this work, an optimized, cost-effective, reproducible, approach is presented for the
preparation of manganese oxide decorated LIG-MSC structures via a one-step direct laser writing
(DLW) after a manual drop-casting of manganese acetate on chromatography paper. The developed
strategy relies on soaking the paper in a 1 M manganese acetate prior to the laser processing. Manganese
acetate is converted into MnO2, along with LIG production, which will improve LIG-MSC energy
density. A comparison between planar interdigitated and sandwich architectures was conducted to
ensure the best performance design. LIG on paper with MnO2 exhibits sheet resistance (53 Ω sq−1
) and
an optimized electrode/electrolyte interface was obtained by the proposed method. When used as a MSC
in an planar interdigitated design, this LIG-MSC with manganese oxide resulted in a specific capacitance
of 12.30 mF cm−2 (0.05 mA cm−2
). Furthermore, the devices exhibit excellent cycling stability with
1385.85 μF cm -2 (> 10,000 cycles), good energy density with 0.004 Wh cm -2 (at a power of 0.07 W cm -
2
). Thus, this work suggests manganese oxide based LIG-MSC can be used as energy storage devices
for flexible, low-cost, and portable electronics. Additionally, due to their flexible design and
architecture, they can be easily adapted to other circuits and applications with different power
requirements.
O grafeno induzido por laser (LIG) em papel é um material promissor para micro- supercapacitores flexíveis (MSC) devido ao seu fabrico simples e económico. No entanto, os procedimentos comuns de produção de MSC estão limitados à produção de elétrodos à base de carbono, que apresentam baixas densidades de energia. Os óxidos metálicos exibem uma pseudocapacitância farádica devido a reações redox reversíveis na interface elétrodo-eletrólito, o que resulta numa maior capacidade de armazenamento de energia em comparação com os elétrodos à base de carbono utilizados em condensadores elétricos de dupla camada. O óxido de manganês (MnO2) apresenta uma excelente estabilidade eletroquímica, é de baixo custo, abundante e amigo do ambiente, o que contribui para a sua atratividade. Neste trabalho, é apresentada uma abordagem otimizada, rentável e reprodutível para a preparação de estruturas LIG-MSC decoradas com óxido de manganês através de uma escrita direta a laser (DLW) numa única etapa, após uma deposição manual de acetato de manganês em papel de cromatografia. A estratégia desenvolvida baseia-se na imersão do papel em acetato de manganês 1 M antes do processamento a laser. O acetato de manganês é convertido em MnO2, juntamente com a produção de LIG, o que melhorará a densidade de energia do LIG-MSC. Foi efetuada uma comparação entre arquiteturas interdigitadas planas e em. LIG em papel com MnO2 apresenta uma resistência de folha (53 Ω sq-1 ) e foi obtida uma interface otimizada elétrodo/eletrólito através do método proposto. Quando utilizado como MSC num design interdigitado planar, este LIG-MSC com óxido de manganês resultou numa capacitância específica de 12,30 mF cm -2 (0.05 mA cm -2 ). Além disso, os dispositivos apresentam uma excelente estabilidade de ciclos com 1385,85 μF cm -2 (> 10.000 ciclos), boa densidade de energia com 0.004 Wh cm -2 (a uma potência de 0.07 W cm -2 ). Assim, este trabalho sugere que LIG- MSC à base de óxido de manganês podem ser utilizadas como dispositivos de armazenamento de energia para eletrónica flexível, de baixo custo e portátil. Além disso, devido ao seu design e arquitetura flexíveis, podem ser facilmente adaptados a outros circuitos e aplicações com diferentes requisitos de energia.
O grafeno induzido por laser (LIG) em papel é um material promissor para micro- supercapacitores flexíveis (MSC) devido ao seu fabrico simples e económico. No entanto, os procedimentos comuns de produção de MSC estão limitados à produção de elétrodos à base de carbono, que apresentam baixas densidades de energia. Os óxidos metálicos exibem uma pseudocapacitância farádica devido a reações redox reversíveis na interface elétrodo-eletrólito, o que resulta numa maior capacidade de armazenamento de energia em comparação com os elétrodos à base de carbono utilizados em condensadores elétricos de dupla camada. O óxido de manganês (MnO2) apresenta uma excelente estabilidade eletroquímica, é de baixo custo, abundante e amigo do ambiente, o que contribui para a sua atratividade. Neste trabalho, é apresentada uma abordagem otimizada, rentável e reprodutível para a preparação de estruturas LIG-MSC decoradas com óxido de manganês através de uma escrita direta a laser (DLW) numa única etapa, após uma deposição manual de acetato de manganês em papel de cromatografia. A estratégia desenvolvida baseia-se na imersão do papel em acetato de manganês 1 M antes do processamento a laser. O acetato de manganês é convertido em MnO2, juntamente com a produção de LIG, o que melhorará a densidade de energia do LIG-MSC. Foi efetuada uma comparação entre arquiteturas interdigitadas planas e em. LIG em papel com MnO2 apresenta uma resistência de folha (53 Ω sq-1 ) e foi obtida uma interface otimizada elétrodo/eletrólito através do método proposto. Quando utilizado como MSC num design interdigitado planar, este LIG-MSC com óxido de manganês resultou numa capacitância específica de 12,30 mF cm -2 (0.05 mA cm -2 ). Além disso, os dispositivos apresentam uma excelente estabilidade de ciclos com 1385,85 μF cm -2 (> 10.000 ciclos), boa densidade de energia com 0.004 Wh cm -2 (a uma potência de 0.07 W cm -2 ). Assim, este trabalho sugere que LIG- MSC à base de óxido de manganês podem ser utilizadas como dispositivos de armazenamento de energia para eletrónica flexível, de baixo custo e portátil. Além disso, devido ao seu design e arquitetura flexíveis, podem ser facilmente adaptados a outros circuitos e aplicações com diferentes requisitos de energia.
Descrição
Palavras-chave
LIG-MSC paper-based devices MnO2 flexible electronics manual drop casting