Coelho, JoãoPinto, JoanaAbreu, Rodrigo Miguel Diogo de2023-10-202023-10-202023-05http://hdl.handle.net/10362/159104Laser-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.engLIG-MSCpaper-based devicesMnO2flexible electronicsmanual drop castingmaster thesis