Evaluación de estructuras de grafeno / WO3 y grafeno / ceO x como electrodos para aplicaciones de supercondensadores

Antecedentes

Recientemente, los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica, como los supercondensadores, se están convirtiendo en los aparatos más populares como fuentes de alimentación en una amplia variedad de aplicaciones, desde dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles y ordenadores portátiles, hasta vehículos eléctricos híbridos [1]. Los supercondensadores pueden exhibir una mayor densidad de potencia y un ciclo de vida superior en comparación con las baterías convencionales. Al mismo tiempo, exhiben una menor densidad de energía [2].

Este es el resultado de los diferentes mecanismos de almacenamiento de energía entre los dos dispositivos. A diferencia de las baterías, donde los iones se almacenan mediante enlaces químicos a los materiales de los electrodos, en los supercondensadores, se produce un almacenamiento electrostático de la energía mediante la separación de la carga en una doble capa de Helmholtz [3]. Además, los supercondensadores exhiben pseudocapacitancia a través de reacciones redox de superficie que contribuyen como almacenamiento de energía electroquímica. El mecanismo de almacenamiento aquí se basa en reacciones redox faradaicas con transferencia de carga. Se investigan varios materiales de óxidos metálicos para este propósito, ya que la densidad de energía asociada a la reacción redox farádica es un orden de magnitud mayor que la atribuida a la capacitancia de doble capa.

Por lo tanto, se considera que los supercondensadores tienen el potencial de reemplazar o complementar las baterías en aplicaciones de almacenamiento de energía. La investigación en esta dirección se centra en el desarrollo de nuevos electrodos que pueden exhibir características superiores. Al igual que las baterías de iones de litio, se prefieren los materiales a base de carbono debido a su bajo impacto ambiental, estabilidad química, alta conductividad y bajo costo [4].

Grafeno, un nanomaterial emergente que consta de todos los sp ² -atomos de carbono hibridado, tiene unas propiedades muy interesantes que lo hacen muy atractivo para ser utilizado como electrodo en este tipo de aplicaciones. Destacamos su ligereza, alta conductividad eléctrica y térmica, superficie altamente sintonizable (hasta 2675 m ² / g), fuerte resistencia mecánica (~ 1 TPa) y estabilidad química [5,6,7]. El grafeno de capa única exhibe una capacitancia específica teórica de alrededor de 21 μF / cm ² y una capacitancia específica correspondiente de alrededor de 550 F / g cuando toda la superficie se utiliza por completo. En la actualidad, se presta mucha atención a los materiales de grafeno tridimensionales, como las nanopartículas y nanoespuma de grafeno, que pueden ofrecer una densidad de energía y una densidad de potencia elevadas, del orden de 13 Wh kg ⁻¹ y 8 kW kg ⁻¹ , respectivamente [8]. Sin embargo, estos materiales necesitan una tecnología de crecimiento mejorada con plasma más compleja, para aumentar la densidad del plasma, lo que dificulta el control de la homogeneidad [9].

Además, las películas planas de grafeno presentan el beneficio de un crecimiento homogéneo y un buen acoplamiento al sustrato metálico, resultante de la mezcla de enlaces covalentes e iónicos en la interfaz grafeno / cobre [10], que sirve como colector de corriente. Sin embargo, la película de grafeno plana de una sola capa tiene un área superficial relativamente pequeña que no promueve el almacenamiento de grandes cantidades de energía. Un enfoque popular para superar esto es combinar el grafeno con otros materiales que pueden almacenar energía.

Los recientes avances en el diseño y optimización de electrodos de mayor eficiencia han promovido la combinación de grafeno y películas de óxido de grafeno con diferentes compuestos de metal y óxido de metal [11,12,13,14,15,16,17,18,19], como nanopartículas de óxido metálico, para construir supercondensadores híbridos. Estas estructuras de óxidos metálicos contribuyen a la capacitancia total al proporcionar una alta pseudocapacitancia debido a reacciones redox farádicas que tienen lugar en electrodos de gran superficie.

En este diseño, el grafeno contribuye, además de su capacidad de almacenamiento, como una plataforma que permite un fuerte acoplamiento y un buen contacto eléctrico entre las nanopartículas metálicas y el colector de corriente. Estudios anteriores han revelado el papel beneficioso del grafeno como acoplador entre el colector actual y los nanotubos de carbono [20].

En otro trabajo de investigación, se midió que los electrodos de grafeno de una sola capa exhiben una capacitancia específica de doble capa de hasta 135 F / g, mientras que cuando se combinan con otros compuestos como Fe ₂ O ₃ y MnO ₂ , muestran capacitancias de hasta 380 F / g [21, 22].

En el presente trabajo, hemos fabricado nanocompuestos de grafeno / óxido metálico a partir de una sola capa o tres capas apiladas de nanocompuestos de grafeno / óxido metálico, combinando técnicas de transferencia de grafeno y de pulverización catódica con magnetrón. Encima de cada capa de grafeno, diferentes partículas de óxido metálico de WO ₃ y director ejecutivo _x fueron escupidos.

El óxido de cerio se menciona como CeO _x en todo el manuscrito ya que no hemos caracterizado las partículas crecidas. Aunque el proceso de pulverización catódica se realizó con un CeO ₂ objetivo, las partículas formadas deben aparecer subboxidizadas debido a la posible pérdida de oxígeno durante el proceso de pulverización catódica, pero están formadas principalmente por CeO ₂ , que es la forma más estable de óxido de cerio. En comparación con el grafeno monocapa, las pilas de películas de grafeno tienen más interfaces electrodo / electrolito, lo que es beneficioso para la absorción / desorción de iones de electrolito y proporciona más vías eléctricas para los iones de electrolito durante los procesos de carga y descarga. La deposición de partículas de óxido metálico mejora la capacitancia específica de las capas ultrafinas con una carga de masa relativamente baja [23]. En trabajos anteriores, CeO _x las partículas han demostrado una alta capacitancia, del orden de 119 mF / cm ² , cuando se combina con espuma de níquel [24]. Considerando el WO ₃ películas, un trabajo reciente ha informado de electrodos hechos con WO ₃ varillas que presentan una capacitancia de 266 F / g [25]. Ambos nanocomposites han mostrado características redox electroquímicas favorables y reactividad iónica. Hemos elegido los óxidos metálicos anteriores ya que no encontramos ningún trabajo reciente que informe su combinación con películas de grafeno cultivadas por deposición de vapor químico (CVD). Por lo tanto, procedemos a estudiar cómo estos compuestos híbridos se combinan entre sí y las características de capacitancia de los electrodos resultantes.

El uso de las mismas condiciones experimentales en la preparación de los dos materiales híbridos nos brinda la oportunidad de comparar directamente el desempeño electroquímico de los electrodos.

Para interpretar mejor nuestros resultados, tomamos en consideración la contribución de la capa de óxido de cobre nativo en la capacitancia general del electrodo.

Experimental

Preparación de electrodos híbridos

Las películas continuas de grafeno se cultivaron mediante CVD siguiendo las recetas de crecimiento descritas en nuestro trabajo anterior [26]. Reportamos brevemente el proceso de crecimiento. Se cortó una lámina de cobre policristalino (75 μm de espesor, 99% de pureza) en ~ 0,7-1,0 cm ² piezas, limpiadas en baño de ultrasonidos de isopropanol y acetona, 10 min cada una, para remover impurezas y cargadas en la cámara. Primero, aplicamos un grabado con plasma de hidrógeno para eliminar el óxido de cobre nativo de la superficie del cobre. El plasma de radiofrecuencia (RF) se genera aplicando 100 W a una presión de 20 Pa, bajo un flujo de hidrógeno de 20 sccm. El grabado con plasma dura 10 min. Luego, la muestra se envía en un tubo de cuarzo (acoplado a la cámara de plasma) rodeado por un horno. El horno se calienta a 1040 ° C y los gases se introducen en el tubo. Se introduce una mezcla de metano e hidrógeno (5/20 sccm de metano / hidrógeno) durante 20 min a 15 Pa, dando como resultado la cobertura completa de la lámina de cobre por grafeno monocapa. Luego, la muestra se deja enfriar a temperatura ambiente en alto vacío (3 × 10 ⁻⁴ Pa) antes de sacarlo de la cámara. Luego, la muestra se coloca en otro reactor para depositar las partículas de óxido metálico. Las partículas de óxido metálico se depositaron sobre la capa de grafeno mediante pulverización catódica con magnetrón reactivo pulsado (1 Pa, 13/7 sccm / sccm de Ar / O ₂ flujo, 60 W, 5 s de tiempo de deposición, distancia objetivo-sustrato 10 cm), utilizando, cada vez, el objetivo correspondiente (W o Ce). Para preparar tres capas apiladas de nanocompuestos de grafeno / óxido metálico, utilizamos el método de transferencia de grafeno con un soporte de recubrimiento de polímero [26]. Se aplica una capa de polimetilmetacrilato (PMMA) sobre el grafeno y luego la muestra se sumerge en FeCl ₃ para grabar el cobre. La capa restante de grafeno / óxido metálico se transfirió luego a otra capa del mismo nanocompuesto, lo que permitió la preparación del material apilado. Después del proceso de transferencia, el PMMA se eliminó enjuagando con acetona. El proceso de preparación del composite se presenta en el dibujo esquemático de la Fig. 1a.

Dibujos esquemáticos. Leyenda detallada: a Dibujo esquemático que muestra el proceso de preparación del apilamiento de grafeno / MeO. b Esquema del diseño de la celda. El separador (filtro de fibra de vidrio) se empapa con LiClO4 1 M disuelto en carbonato de etileno (EC) y carbonato de dietilo (DEC) mezclado en proporciones volumétricas 1:1

Caracterización estructural / morfológica

Las muestras se caracterizaron por espectroscopía Raman (Jobin-Yvon LabRam HR 800), microscopía electrónica de barrido (SEM) (JEOL JSM7100F) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) (Bioscan Gatan JEOL 1010). Las mediciones de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) se realizaron en un Sistema Multitechnique PHI 5500 (de Physical Electronics) con una fuente de rayos X monocromática (Al K _α línea de 1486,6 eV de energía y 350 W). Las mediciones del perfil de profundidad de la composición química por XPS se obtuvieron pulverizando la superficie con un Ar ⁺ fuente de iones (energía de 4 keV). Todas estas medidas se realizaron en condiciones de vacío ultra alto (UHV), entre 7 × 10 ⁻⁷ y 3 × 10 ⁻⁶ Pa.

Caracterización electroquímica

Las propiedades electroquímicas de las muestras se analizaron utilizando una celda Swagelok y orgánicos (1 M LiClO ₄ disuelto en carbonato de etileno (EC) y carbonato de dietilo (DEC) mezclado en proporciones volumétricas 1:1) electrolitos. Un filtro de fibra de vidrio sirvió como separador (Whatman fibra de vidrio GF / A). La Figura 1b muestra un dibujo esquemático de la celda tal como se usa (con una capa de partículas de grafeno / óxido metálico en cada electrodo) que se usó para las mediciones de caracterización electroquímica. La celda se fabricó en un MBRAUN Unilab dry N ₂ guantera (<1 ppm O ₂ y <1 ppm H ₂ O) intercalando un separador empapado de electrolitos orgánicos entre dos electrodos de grafeno / MeO. Para estudiar el comportamiento de supercapacitancia de los dispositivos, primero realizamos mediciones de voltamperometría cíclica (CV) a diferentes velocidades de escaneo y con una ventana de voltaje de 1.8 V.

Resultados y discusión

Estructura híbrida

La deposición corta por pulverización catódica de las nanopartículas de MeO tiene como objetivo evitar el daño de la capa de grafeno. Períodos de pulverización más prolongados podrían dañar el grafeno, ya que la pulverización se realiza en un plasma de argón / oxígeno. La Figura 2a, b muestra las imágenes TEM de las partículas de óxido de tungsteno depositadas sobre la capa de grafeno. La figura 2a muestra el borde de la película de grafeno decorado con partículas distribuidas homogéneamente en la parte superior izquierda de la imagen. Las partículas más grandes tienen un diámetro de 25 nm. La Figura 2b proporciona una imagen TEM de alta resolución de algunas partículas de óxido de tungsteno más grandes. El espaciamiento d de la partícula se mide 0.31 nm, como lo confirma el patrón de difracción de electrones de área seleccionada (SAED) (inserto en la Fig. 2b), correspondiente a un sistema tetragonal estándar (101) de WO ₃ . Las imágenes SEM proporcionan información sobre la continuidad de la película de grafeno (Fig. 2c). Observamos que toda la zona está cubierta con grafeno monocapa. A pesar de algunos límites de grano visibles (contenidos en el cuadrado azul), la mayoría de los granos de grafeno han alcanzado la fase de coalescencia, formando una capa continua. Algunas regiones con un contraste más oscuro (contenidas en el cuadrado) son el resultado de la nucleación de una segunda capa de grafeno, aunque estas regiones son un porcentaje muy pequeño del área total, como observamos en la imagen. Al evaluar la información proporcionada por el espectro Raman (Fig. 2d), el I _2D / I _G relación de intensidad (~ 2,47) y el pico 2D FWHM (~ 40 cm ⁻¹ ) confirman que el grafeno es una sola capa. El espectro se obtuvo tras transferir la película de grafeno sobre un SiO ₂ sustrato para eliminar el ruido resultante de la luminiscencia de la lámina de cobre [27].

Caracterización morfológica y estructural. Leyenda detallada: a Imagen TEM de la estructura de la película Gr / WO3 y los espectros Raman. b Imagen HRTEM de Gr / WO3 y patrón de difracción de óxido de tungsteno correspondiente al tetragonal estándar (101) de WO3. c Imagen SEM de la película de grafeno continua recién desarrollada. d Espectro Raman de la película de grafeno recién desarrollada después de transferirla sobre SiO2

XPS proporcionó información considerando la formación de óxido de cobre después del recocido con plasma y el crecimiento de grafeno. Las mediciones se realizaron en sustratos de cobre con y sin grafeno cultivado en la parte superior para mostrar que la presencia de grafeno favorece la formación de la capa de óxido de cobre. La capa de óxido de cobre nativo se redujo mediante recocido con plasma en todas las muestras (ver también la sección "Experimental"), con y sin grafeno. Realizamos decapado de la superficie para observar los cambios en su composición. La Figura 3a, b muestra los espectros O1s de la superficie de cobre policristalino en un sustrato con grafeno cultivado en la parte superior y sin crecimiento de grafeno, respectivamente. Ambas muestras se templaron para eliminar el óxido de cobre nativo 20 días antes de la medición XPS. Los diferentes espectros de cada figura corresponden a las mediciones realizadas inmediatamente después de los procesos de recocido de la muestra. (consulte la sección "Experimental").

Caracterización XPS. Leyenda detallada:curvas XPS con el espectro de O1s para la superficie de cobre policristalino medida después de varios procesos de recocido consecutivos a con grafeno cultivado en la parte superior y b sin grafeno cultivado en la parte superior

Para obtener información sobre la cantidad de oxígeno en el cobre, comparamos las intensidades de los picos. Estudiamos la relación de intensidad entre picos con respecto a la primera medición (línea negra). Después de cada proceso de decapado, obtenemos información sobre la composición química a la mayor profundidad. Los dos primeros espectros (línea negra y roja) tienen la misma intensidad. El resto de los espectros tienen menor intensidad. Definiendo el yo _n / I ₁ proporción , donde yo _n es la intensidad máxima del n espectros y I ₁ la intensidad máxima del primer espectro, obtenida por medición de superficie, de la Fig.3, I _n / I ₁ La proporción de O1s disminuye con el aumento de n . Aunque, para el mismo n , la proporción es mayor en la muestra con grafeno, revelando una mayor concentración de oxígeno (ver Tabla 1 para información adicional) y por lo tanto una capa de óxido de cobre más gruesa; cabe destacar que no disponemos de información sobre el espesor de la capa que se retira después de cada proceso de decapado. La calibración se realiza en un SiO ₂ película y da como resultado una eliminación de ~ 5 nm después de cada decapado. Gracias al análisis XPS anterior, llegamos a la conclusión de que el oxígeno siempre está presente en la lámina de cobre, en el cobre desnudo y también debajo de la capa de grafeno. Además, obtenemos información sobre el aumento en la oxidación profunda del cobre cuando se cultiva grafeno en la parte superior. El óxido de cobre contribuye con su capacitancia a la capacitancia general del electrodo.

Resultados electroquímicos

En la Fig. 4a, presentamos las medidas de CV de las tres capas de grafeno / CeO _x . La capacitancia específica, C _s , fue calculado por la ecuación,

$$ {C} _ {\ mathrm {s}} =\ frac {q _ {\ mathrm {a}} + \ mid {q} _ {\ mathrm {c}} \ mid} {2m \ Delta V} $$

donde C _s es la capacitancia específica en faradios por gramo, m es la masa del material activo en gramos, Δ V es la ventana de voltaje en voltios y q _a y q _c son las cargas anódica y catódica en culombio, respectivamente.

Caracterización electroquímica. Leyenda detallada: a Las mediciones de CV de la celda consistieron en electrodos con tres capas de grafeno / CeO ₂ partículas cada una, a diferentes velocidades de exploración. b Capacitancia interfacial de los diferentes electrodos híbridos a diferentes velocidades de exploración. Todos los dispositivos presentan la capacitancia más alta a las velocidades de exploración más bajas. c Histograma con el porcentaje de aumento de capacitancia con respecto al número de capas. d Gráfico de Ragone que demuestra el rendimiento general de los supercondensadores basados ​​en grafeno

La capacitancia interfacial, C _i , se calculó utilizando la relación,

$$ {C} _ {\ mathrm {i}} =\ frac {C _ {\ mathrm {s}}} {A} $$

donde A es el área de material activo sumergido en el electrolito (Fig. 4b).

La película de grafeno recién crecida presenta una capacitancia interfacial C _i de 0,87 mF / cm ² a una velocidad de exploración de 10 mV / s. La capacitancia disminuye con el aumento de la frecuencia de exploración de todos los electrodos. La adición de partículas de MeO da como resultado un aumento de la capacitancia del electrodo. Películas de grafeno pulverizadas con WO ₃ las partículas presentan una capacitancia de 2,69 mF / cm ² a 10 mV / s de velocidad de escaneo y aquellos bombardeados con CeO ₂ partículas una capacitancia de 1,27 mF / cm ² a la misma velocidad de escaneo. El aumento en el número de capas aumenta ligeramente la capacitancia de los dispositivos. Específicamente, los electrodos que consisten en una capa de Gr / CeO _x tener una capacitancia de 1,27 mF / cm ² , que aumenta hasta 4,55 mF / cm ² cuando dos capas más de Gr / CeO ₂ se añaden (+ 258%). Se observa un comportamiento similar, aunque en un menor aumento de capacitancia, para el Gr / WO ₃ electrodos. Su capacidad aumenta de 2,69 a 4,15 mF / cm ² cuando dos capas más de Gr / WO ₃ se agregan sobre la primera capa (+ 54%).

Se espera un aumento porcentual similar cuando se agregan más capas de grafeno / óxido metálico, ya que el área de la superficie aumentará proporcionalmente, mientras que la distancia entre capas también puede permitir la absorción de iones multicapa. En la Fig. 4c, presentamos un histograma con la evolución porcentual de la capacidad del electrodo cuando se agregan más capas. También incluimos el aumento porcentual de la Ref. 23 donde se estudia un sistema similar con hasta 10 capas. Nuestros resultados, considerando Gr / WO ₃ electrodos, revelan un acuerdo en el porcentaje de aumento con respecto a Gr / MnO ₂ estructura híbrida.

Para demostrar el rendimiento general de los supercondensadores, ilustramos un gráfico de Ragone con la densidad de energía y la densidad de potencia de los diversos electrodos (Fig. 4d). Observamos que con el aumento del número de capas, la densidad de potencia aumenta, alcanzando valores del orden de 1,6 × 10 ⁻⁴ W / cm ² en el caso de tres capas de Gr / CeO _x electrodos, un valor del mismo orden de magnitud que el de otros electrodos, con arquitectura similar, combinando grafeno con MnO ₂ partículas [23]. Aunque nuestro dispositivo no presenta una densidad de energía comparable a la de la publicación anterior, en el presente estudio, la densidad de energía tiene un valor máximo de 4.5 × 10 ⁻⁸ Ancho-alto / cm ² , un valor que es dos órdenes de magnitud menor que los valores dados para el caso de Gr / MnO ₂ electrodos basados ​​en.

Observamos que la capacitancia de la muestra con grafeno monocapa es mucho mayor, unas nueve veces, que las mencionadas en otro lugar [23]. En el trabajo de Zang X. et al., La capacitancia superficial de los electrodos de grafeno de una sola capa se mide en 0.10 mF / cm ² , mientras que en nuestro trabajo, se mide en 0,87 mF / cm ² . En nuestro trabajo, la capa de grafeno se depositó sobre una lámina de cobre, que se utilizó como colector de corriente, haciendo innecesaria la transferencia de grafeno. Consideramos que la formación de óxidos de cobre en la interfaz grafeno / cobre, resultante de la oxidación del cobre, afecta la capacitancia total del sistema. Además, sabemos que la presencia de grafeno favorece el crecimiento de una capa de óxido de cobre de unas décimas de nanómetro, tal y como hemos observado y también informado por otros autores [28, 29]. Aunque el grafeno se considera una barrera de oxidación eficaz para el Cu en una escala de tiempo corta (minutos a horas), parece promover la corrosión galvánica del mismo a temperatura ambiente durante una escala de tiempo más larga [28]. Al delaminar el grafeno de la superficie del cobre mediante un proceso electroquímico, podemos volver a observar el sustrato de cobre. A través de la exploración SEM de la superficie de cobre, se observó una mayor formación de óxido de cobre solo en las áreas de la lámina que estaban cubiertas con grafeno (para obtener más detalles, consulte el archivo adicional 1 considerando el proceso de delaminación electroquímica). La Figura 5 muestra las imágenes SEM de la superficie de cobre con cristales de grafeno crecidos sobre ella (Figura 5a) y después de la delaminación del grafeno (Figura 5b). Las huellas digitales brillantes que reproducen la forma de los dominios de grafeno son probablemente óxido de cobre (Cu ₂ O) capas. Su apariencia "más brillante" es el resultado de la mayor retrodispersión de electrones en el óxido de cobre que en el caso del cobre desnudo.

Caracterización SEM. Leyenda detallada:imágenes SEM de a del grafeno cultivado sobre el catalizador de cobre antes del proceso de delaminación y b Dominios Cu2O que reproducen "huellas dactilares" de grafeno, como resultado de la formación de óxido de cobre

Por tanto, para interpretar mejor nuestros resultados, debemos considerar que cada electrodo consta de dos condensadores, la película de grafeno y la película de óxido de cobre, en serie, contribuyendo a la capacitancia total, como

$$ \ frac {1} {c _ {\ mathrm {t}}} =\ frac {1} {c _ {\ mathrm {ox}}} + \ frac {1} {c _ {\ mathrm {g}}} $ PS

donde c _t es la capacitancia total que medimos, c _buey la capacitancia del óxido de cobre, y c _g la capacitancia cuántica del grafeno. Aunque, como se ha evaluado mediante observaciones experimentales, el grafeno presenta una capacitancia negativa cuando está decorado con adatomos metálicos. Estos adatomos actúan como impurezas resonantes y forman bandas de impurezas resonantes casi sin dispersión cerca del punto de neutralidad de carga (CNP). Las impurezas resonantes apagan la energía cinética y llevan a los electrones al régimen dominado por la energía de Coulomb con compresibilidad negativa. Si consideramos una capacitancia cuántica negativa del grafeno [30] con un valor de Ref. [23] (0,1 mF / cm ² ), podremos calcular la capacitancia del óxido de cobre (11,1 mF / cm ² ) que corresponde a un espesor de óxido de cobre de aproximadamente décimas de nanómetro [31], de acuerdo con la observación experimental de Schriver et al. [28], considerando la formación de óxido de cobre.

Finalmente, presentamos resultados considerando la estabilidad en el desempeño del dispositivo. Todos los electrodos presentan una retención de capacitancia de entre el 70 y el 90% durante los primeros 850 ciclos, como podemos ver en la Fig. 6a. Según los resultados de Liu et al. [32], el decaimiento principal en la capacitancia durante los primeros ciclos se puede atribuir a la pulverización del óxido de metal original y las nanopartículas de metal formadas in situ durante el proceso de inserción y extracción de Li, lo que conduce a una pérdida de conectividad eléctrica entre partículas vecinas, tales como como hemos observado en los casos de una capa Gr / WO ₃ y Gr / CeO de tres capas _x . Los electrodos que constan de Gr / CeO _x tienen una mejor eficiencia de carga / descarga durante más ciclos, como se muestra en la Fig. 6b. El rendimiento de todos los dispositivos está entre el 60 y el 70%.

Eficiencia del electrodo. Leyenda detallada: a Retención de capacitancia de los diferentes electrodos y b Eficiencia de carga / descarga. c Ciclo de carga-descarga de una y tres capas de Gr / CeO _x . d Similar para Gr / WO ₃ híbrido

Las curvas de carga / descarga galvanostática revelan que cuando se agregan más capas de óxido metálico / grafeno, se necesita más tiempo para el proceso de carga y descarga. Esto se visualiza en la Fig. 6c para el Gr / CeO _x híbrido y en la Fig. 6d para Gr / WO ₃ híbrido. Gr / CeO de una capa _x necesita 1,7 s aproximadamente para un ciclo de carga / descarga cuando se carga a 400 mA / cm ² . Cuando se agregaron dos capas más sobre la primera, este período aumentó a ~ 4.7 s. Las mediciones realizadas en un grafeno de una sola capa mostraron un tiempo de carga / descarga similar al del caso del Gr / CeO de una sola capa _x electrodos. Se obtuvieron resultados similares en el caso de WO ₃ partículas, donde el tiempo de carga-descarga fue de 1,9 s para una capa y de 5,5 s para tres capas. Esto demuestra la mayor densidad de potencia que el director ejecutivo _x híbrido está funcionando. Los resultados electroquímicos del estudio se enumeran en la Tabla 2.

Conclusiones

Se ha realizado una evaluación capa por capa de electrodos de grafeno combinados con diferentes óxidos metálicos. La deposición de partículas de óxido metálico sobre el grafeno aumenta la capacitancia total del material híbrido, ya que las partículas de óxido metálico contribuyen con una pseudocapacitancia adicional. También se ha observado un aumento cuando se agregaron más capas de Gr / óxido metálico sobre la primera capa. Los dispositivos en los que Gr se combina con CeO _x tienen una eficiencia de carga / descarga ligeramente más alta que aquellos en los que Gr se combina con WO ₃ . Teniendo en cuenta la estabilidad, todos los dispositivos mantienen su rendimiento inicial durante más de 800 ciclos. El período de carga / descarga aumenta aproximadamente 2,5 veces con la adición de dos capas más sobre la primera.

Estimación del almacenamiento de energía del supercondensador basada en ecuaciones diferenciales fraccionales Preparación y propiedades ópticas de las películas GeBi mediante el método de epitaxia de haz molecular