Published November 18, 2016
| Version v1
Publication
Open
Charge storage mechanisms of manganese oxide nanosheets and N-doped reduced graphene oxide aerogel for high-performance asymmetric supercapacitors
Creators
- 1. Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology
- 2. Kasetsart University
- 3. Synchrotron Light Research Institute
- 4. Suranaree University of Technology
- 5. Rajamangala University of Technology Isan
Description
Abstract Although manganese oxide- and graphene-based supercapacitors have been widely studied, their charge storage mechanisms are not yet fully investigated. In this work, we have studied the charge storage mechanisms of K-birnassite MnO 2 nanosheets and N-doped reduced graphene oxide aerogel (N-rGO ae ) using an in situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) and an electrochemical quart crystal microbalance (EQCM). The oxidation number of Mn at the MnO 2 electrode is +3.01 at 0 V vs. SCE for the charging process and gets oxidized to +3.12 at +0.8 V vs. SCE and then reduced back to +3.01 at 0 V vs. SCE for the discharging process. The mass change of solvated ions, inserted to the layers of MnO 2 during the charging process is 7.4 μg cm −2 . Whilst, the mass change of the solvated ions at the N-rGO ae electrode is 8.4 μg cm −2 . An asymmetric supercapacitor of MnO 2 //N-rGO ae (CR2016) provides a maximum specific capacitance of ca. 467 F g −1 at 1 A g −1 , a maximum specific power of 39 kW kg −1 and a specific energy of 40 Wh kg −1 with a wide working potential of 1.6 V and 93.2% capacity retention after 7,500 cycles. The MnO 2 //N-rGO ae supercapacitor may be practically used in high power and energy applications.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص على الرغم من أن المكثفات الفائقة القائمة على أكسيد المنغنيز والجرافين قد تمت دراستها على نطاق واسع، إلا أن آليات تخزين الشحنة الخاصة بها لم يتم فحصها بالكامل بعد. في هذا العمل، درسنا آليات تخزين الشحنة للصفائح النانوية K - birnassite MnO 2 و N - doped reduced graphene oxide aerogel (N - rGO ae ) باستخدام مطياف امتصاص الأشعة السينية في الموقع (XAS) والتوازن الدقيق للكوارت البلوري الكهروكيميائي (EQCM). عدد أكسدة Mn في قطب MnO 2 هو +3.01 عند 0 فولت مقابل SCE لعملية الشحن ويتأكسد إلى +3.12 عند +0.8 فولت مقابل SCE ثم ينخفض مرة أخرى إلى +3.01 عند 0 فولت مقابل SCE لعملية التفريغ. التغير الكتلي للأيونات المذابة، المدخلة إلى طبقات MnO 2 أثناء عملية الشحن هو 7.4 ميكروغرام سم −2 . في حين أن التغير الكتلي للأيونات المذابة في قطب N - rGO ae هو 8.4 ميكروغرام سم −2 . يوفر المكثف الفائق غير المتماثل لـ MnO 2 // N - rGO ae (CR2016) أقصى سعة محددة تبلغ 467 F g −1 at 1 A g −1 , a maximum specific power of 39 kW kg −1 and a specific energy of 40 Wh kg −1 with a wide working potential of 1.6 V and 93.2% capacity retention after 7,500 cycles. يمكن استخدام المكثف الفائق MnO 2 // N - rGO ae عمليًا في تطبيقات الطاقة والطاقة العالية.Translated Description (French)
Résumé Bien que les supercondensateurs à base d'oxyde de manganèse et de graphène aient été largement étudiés, leurs mécanismes de stockage de charge ne sont pas encore complètement étudiés. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de stockage de charge des nanofeuilles de K-birnassite MnO 2 et de l'aérogel d'oxyde de graphène réduit dopé N (N-rGO ae ) en utilisant une spectroscopie d'absorption des rayons X in situ (XAS) et une microbalance électrochimique à quartz cristallin (EQCM). Le nombre d'oxydation de Mn à l'électrode MnO 2 est de +3,01 à 0 V par rapport à SCE pour le processus de charge et est oxydé à +3,12 à +0,8 V par rapport à SCE, puis ramené à +3,01 à 0 V par rapport à SCE pour le processus de décharge. Le changement de masse des ions solvatés, insérés dans les couches de MnO 2 pendant le processus de charge est de 7,4 μg cm −2 . Alors que le changement de masse des ions solvatés à l'électrode N-rGO ae est de 8,4 μg cm −2 . Un supercondensateur asymétrique de MnO 2 //N-rGO ae (CR2016) fournit une capacité spécifique maximale d'environ 467 F g −1 à 1 A g −1 , une puissance spécifique maximale de 39 kW kg −1 et une énergie spécifique de 40 Wh kg −1 avec un large potentiel de fonctionnement de 1,6 V et une rétention de capacité de 93,2 % après 7 500 cycles. Le supercondensateur MnO 2 //N-rGO ae peut être pratiquement utilisé dans des applications à haute puissance et à haute énergie.Translated Description (Spanish)
Resumen Aunque los supercondensadores a base de óxido de manganeso y grafeno han sido ampliamente estudiados, sus mecanismos de almacenamiento de carga aún no se han investigado completamente. En este trabajo, hemos estudiado los mecanismos de almacenamiento de carga de las nanohojas de K-birnassite MnO 2 y el aerogel de óxido de grafeno reducido dopado con N (N-rGO ae ) utilizando una espectroscopía de absorción de rayos X in situ (XAS) y una microbalanza electroquímica de cuartos de cristal (EQCM). El número de oxidación de Mn en el electrodo de MnO 2 es +3,01 a 0 V frente a SCE para el proceso de carga y se oxida a +3,12 a +0,8 V frente a SCE y luego se reduce de nuevo a +3,01 a 0 V frente a SCE para el proceso de descarga. El cambio de masa de los iones solvatados, insertados en las capas de MnO 2 durante el proceso de carga es de 7,4 μg cm −2 . Mientras tanto, el cambio de masa de los iones solvatados en el electrodo ae de N-rGO es de 8.4 μg cm −2 . Un supercondensador asimétrico de MnO 2 //N-rGO ae (CR2016) proporciona una capacitancia específica máxima de aprox. 467 F g −1 a 1 A g −1 , una potencia específica máxima de 39 kW kg −1 y una energía específica de 40 Wh kg −1 con un amplio potencial de trabajo de 1.6 V y 93.2% de retención de capacidad después de 7,500 ciclos. El supercondensador MnO 2 //N-rGO ae se puede utilizar prácticamente en aplicaciones de alta potencia y energía.Files
srep37560.pdf.pdf
Files
(6.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:82b762928a93530fa361f142bb34b28f
|
6.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آليات تخزين الشحن للصفائح النانوية لأكسيد المنغنيز والجيل الهوائي لأكسيد الجرافين المخفض المخدر بـ N للمكثفات الفائقة غير المتماثلة عالية الأداء
- Translated title (French)
- Mécanismes de stockage de charge de nanofeuilles d'oxyde de manganèse et d'aérogel d'oxyde de graphène réduit dopé N pour supercondensateurs asymétriques haute performance
- Translated title (Spanish)
- Mecanismos de almacenamiento de carga de nanohojas de óxido de manganeso y aerogel de óxido de grafeno reducido dopado con N para supercondensadores asimétricos de alto rendimiento
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2556709205
- DOI
- 10.1038/srep37560
References
- https://openalex.org/W1155178183
- https://openalex.org/W1170750826
- https://openalex.org/W1654778680
- https://openalex.org/W1921659102
- https://openalex.org/W1963496313
- https://openalex.org/W1964729373
- https://openalex.org/W1970068490
- https://openalex.org/W1970344919
- https://openalex.org/W1971878073
- https://openalex.org/W1973880119
- https://openalex.org/W1974159210
- https://openalex.org/W1978126078
- https://openalex.org/W1979146846
- https://openalex.org/W1983759473
- https://openalex.org/W1993997873
- https://openalex.org/W1996003894
- https://openalex.org/W2003408860
- https://openalex.org/W2003850244
- https://openalex.org/W2008052024
- https://openalex.org/W2010390287
- https://openalex.org/W2011452759
- https://openalex.org/W2013284300
- https://openalex.org/W2021076295
- https://openalex.org/W2030125578
- https://openalex.org/W2032424149
- https://openalex.org/W2044347440
- https://openalex.org/W2045079230
- https://openalex.org/W2048892688
- https://openalex.org/W2052321735
- https://openalex.org/W2053328406
- https://openalex.org/W2053526231
- https://openalex.org/W2055486200
- https://openalex.org/W2058154873
- https://openalex.org/W2059221436
- https://openalex.org/W2067384646
- https://openalex.org/W2069347292
- https://openalex.org/W2069592333
- https://openalex.org/W2070258945
- https://openalex.org/W2077352593
- https://openalex.org/W2082870665
- https://openalex.org/W2085072678
- https://openalex.org/W2089083068
- https://openalex.org/W2089509356
- https://openalex.org/W2091730557
- https://openalex.org/W2111503429
- https://openalex.org/W2119663224
- https://openalex.org/W2128103278
- https://openalex.org/W2135634048
- https://openalex.org/W2139897690
- https://openalex.org/W2141643133
- https://openalex.org/W2158207346
- https://openalex.org/W2162677524
- https://openalex.org/W2166028968
- https://openalex.org/W2172324027
- https://openalex.org/W2175912336
- https://openalex.org/W2197907546
- https://openalex.org/W2219583812
- https://openalex.org/W2225090795
- https://openalex.org/W2231520048
- https://openalex.org/W2248037439
- https://openalex.org/W2277439629
- https://openalex.org/W2289029486
- https://openalex.org/W2314750271
- https://openalex.org/W2332307496
- https://openalex.org/W2464024556
- https://openalex.org/W2499037896
- https://openalex.org/W2517813800
- https://openalex.org/W2599199563
- https://openalex.org/W390053825
- https://openalex.org/W4233194460
- https://openalex.org/W814831126