In-Situ Scanning Transmission X-Ray Microscopy Studies of MnO<sub>2</sub>-Based Supercapacitor Electrodes
Notice bibliographique
Résumé
Supercapacitors (SCs) as energy storage devices provide higher energy density than conventional capacitors and higher power density than batteries1. Understanding how charge is efficiently stored in the electrodes or across the electrolyte/electrode interface is key to developing advanced SC electrodes. Scanning transmission x-ray microscopy (STXM) studies2 have been used to investigate MnO2 based supercapacitor electrodes using a novel three-electrode based in-situ flow electrochemical device (Fig. 1)3, 4. Near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectra of MnO2 films in-situ deposited and subjected to several different electrochemical processes were measured with high spatial resolution at the Mn L3 and O K edges (Fig. 2) at both working electrode (WE) and counter electrode (CE) regions. In this work, the redox state changes associated with pseudocapacitance during charging/discharging processes in a potential window of -0.5 VAu to +0.9 VAu (+0.1 VRHE to +1.5 VRHE) have been investigated. The spectroscopic data and quantitative chemical mapping by in-situ STXM measurements demonstrated that an as-electrodeposited MnO2 film was reduced to both Mn3+ and Mn2+ oxidation states through a reversable Mn4+ ↔ Mn3+/Mn2+ redox reaction. A significant change from a quasi-uniform MnO2 film to a dendritc MnO2 structure was observed during discharging at +1.5 VRHE (Fig. 3, Fig. 4) corresponding to redeposition of Mn2+ dissolved into electrolyte during the reduction process5. In-situ STXM measurements at the CE showed there is deposition of MnO2 during the reduction reaction (charging process) at +0.1 VRHE. Mn L3 features of Mn2+ appeared in the electrolyte region during the reduction process and disappeared during the oxidation process, confirming the dissolution/redeposition mechanism. We have developed a novel and versatile platform for in situ studies of electrochemical processes, including supercapacitors, batteries, and electro-catalysts3, 4. References A. G. Olabi, Q. Abbas, A. Al Makky, and M. A. Abdelkareem, Energy, 248 123617 (2022). K. V. Kaznatcheev, C. Karunakaran, U. D. Lanke, S. G. Urquhart, M. Obst, and A. P. Hitchcock, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 582 (1), 96-99 (2007). A. P. Hitchcock, C. Zhang, H. Eraky, L. Shahcheraghi, F. Ismail, and D. Higgins, Microscopy and Microanalysis, 27 (S2), 59-60 (2021). C. Zhang, N. Mille, H. Eraky, S. Stanescu, S. Swaraj, R. Belkhou, D. Higgins, and A. Hitchcock, (2023). T.-H. Wu, Y.-Q. Lin, Z. D. Althouse, and N. Liu, ACS Applied Energy Materials, 4 (11), 12267-12274 (2021). Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».