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Enregistrement W4309812955 · doi:10.1149/ma2022-02552134mtgabs

Protic Ionic Liquid Electrolytes to Increase Areal Energy Density of RuO<sub>2</sub> Micro-Supercapacitors

2022· article· en· W4309812955 sur OpenAlexaff
Jensheer Shamsudeen Seenath, David Pech, Dominic Rochefort

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueSupercapacitor Materials and Fabrication
Établissements canadiensUniversité de Montréal
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSupercapacitorEnergy storageElectrolyteNanotechnologyMaterials scienceAnodeMicroscale chemistryMicroelectronicsPower densityElectrochemical energy conversionElectrical engineeringEngineering physicsComputer scienceElectrochemistryElectrodeEngineeringPower (physics)Chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The rising growth of smart and autonomous microelectronic devices in the IoT (Internet of Things) era urges the development of advanced microscale energy sources with tailor-made features and customized energy/power requirements [1]. Micro-supercapacitors (MSCs) emerged as potential energy storage devices complementing micro-batteries to power ubiquitous sensor networks needed to foster the development of IoT. However, the low cell voltage and low energy density remain major bottleneck that prevents their application at a large scale in real devices. To mitigate this issue, several studies have been devoted to the engineering of MSC electrode materials and structural architecting of current collectors to enhance the surface area and areal energy density by considering the limited available footprint area [2]. This approach however has associated challenges such as complex synthesis route, the deleterious interfacial and mechanical stability of the electrode, and compatibility issues with the electrolyte and the current collector underneath [3]. Another important challenge to solve for reaching high energy density values in MSCs is the limited electrochemical stability window (ESW) of the electrolytes used as energy stored is directly related to the square of the cell voltage [4]. The electrolytes play a major role in deciding the ESW and liquid-state electrolytes currently employed are troublesome for the microfabrication process due to leakage, evaporation, and safety issues. Therefore, it’s imperative to develop alternative electrolytes including solid-state electrolytes reconcilable to the target application of MSCs. To address the low energy density challenge of current MSCs, we have developed interdigitated MSCs using hydrous ruthenium dioxide (RuO2) electrodes in combination with novel protic ionic liquid (PIL)-based electrolytes able to provide pseudocapacitance while affording a higher ESWs as compared to conventional aqueous electrolytes. As a state-of-the-art pseudocapacitive electrode material, RuO2 owns the key merits of excellent conductivity, high electrochemical reversibility, and cycling stability [5], whereas PILs could help alleviate issues facing currently used electrolytes such as evaporation and encapsulation problems pertaining to aqueous-based and flammability of common organic electrolytes [6], [7], [8]. In the next step, the slow proton transport kinetics of PILs were addressed by the doping of silicotungstic acid (SiWa, H4SiW12O40) with the PIL, which further boosted the pseudocapacitive current response with enlarged cell voltage. The real MSC device was realized by the use of RuO2 deposited on interdigitated porous Au current collectors having a high area enlargement factor (AEF) in combination with triethylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TEAH-TFSI)-based PIL. The resultant 3D MSC rendered a cell voltage exceeding 2V with areal capacitance as high as 86 mF cm-2 at 5 mV s-1 on par with the performance of 3D MSC tested using 0.5 M H2SO4 (cell voltage of 0.9 V and areal capacitance of 85 mF cm-2 at 5 mV s-1) but higher energy density performance (more than 4 times) using similar number of RuO2 deposition cycles. To demonstrate the potential integration in real on-chip device application, ionogel-based all-solid-state MSC is developed that showed performance comparable to liquid-state electrolyte with superior long-term cycling stability. This study gives a new perspective to develop all-solid-state micro-supercapacitors using pseudocapacitive active materials that can operate in ionic-liquid-based non-aqueous electrolytes compatible with on-chip IoT-based device applications seeking high areal energy/ power performance. References [1] N. A. Kyeremateng, T. Brousse, D. Pech, Nat Nanotechnol 2017, 12, 7. [2] C. Lethien, J. Le Bideau, T. Brousse, Energ Environ Sci 2019, 12, 96. [3] A. Ferris, D. Bourrier, S. Garbarino, D. Guay, D. Pech, Small 2019, 15, e1901224. [4] C. Zhong, Y. Deng, W. Hu, J. Qiao, L. Zhang, J. Zhang, Chem Soc Rev 2015, 44, 7484. [5] A. Ferris, S. Garbarino, D. Guay, D. Pech, Adv Mater 2015, 27, 6625. [6] M. Yoshizawa, W. Xu, C. A. Angell, J Am Chem Soc 2003, 125, 15411. [7] J. P. Belieres, C. A. Angell, J Phys Chem B 2007, 111, 4926. [8] D. Rochefort, A. L. Pont, Electrochem Commun 2006, 8, 1539.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,207
Écart entre enseignants0,197 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
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