Screen printed graphene supercapacitors

Abstract

Bu çalışma, lazerle üretilmiş grafen (LIG) türevi grafen tozunun, serigrafi yöntemi ile üretilen süperkapasitör elektrotlarının yapısal, morfolojik ve elektrokimyasal performansı üzerindeki etkisini araştırmayı amaçlamaktadır. Süperkapasitörler, yüksek güç yoğunluğu ve uzun çevrim ömrü gibi avantajları nedeniyle enerji depolama uygulamalarında önemlidir; ancak performansları büyük ölçüde elektrotların mikro yapısına ve iletken ağın sürekliliğine bağlıdır. Bu bağlamda, grafen, yüksek özgül yüzey alanı ve üstün iletkenlik özellikleri nedeniyle umut vaat eden bir elektrot malzemesi olarak öne çıkmaktadır. Bu bağlamda, grafen poliimid bir altlık üzerinde CO? lazer ile LIG biçiminde üretilmiş, mekanik kazıma işlemiyle toz haline getirilmiş ve farklı grafen/etil selüloz oranları kullanarak iletken mürekkepler oluşturulmuştur. Elde edilen mürekkepler, screen printing yöntemi kullanılarak elektrot formuna dönüştürülmüştür. Elektrotların yapısal ve kimyasal özellikleri, tarayıcı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağınımı spektrometrisi (EDS), Raman spektral analizi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve X-ışını difraksiyonu (XRD) analizleri kullanılarak incelenmiştir. Elektrokimyasal performansları, cyclic voltammetry (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleriyle incelenmiştir. Sonuçlar, grafen ile etil selüloz arasındaki oranların elektrotun mikroyapısını ve iyon-elektron taşınımını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Ayrıca, LIG-türevi grafen bazlı elektrotların baskı yöntemleriyle üretilmesinin süperkapasitör uygulamaları için düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir çözüm sunduğu vurgulanmaktadır. Bu durum, umut verici bir alternatif sunduğunu göstermektedir.

This study aims to investigate the impact of adding LIG-derived graphene powder on the structural, morphological, and electrochemical properties of supercapacitor electrodes produced via screen printing techniques. Energy storage, one of the most important applications of supercapacitors, offers many significant advantages, such as high power density and long cycle life. However, their performance largely depends on the microstructure of the electrodes and the continuity of the conductive network. Graphene stands out among other potential electrode materials for supercapacitors due to its high surface area and excellent electrical conductivity. In this study, graphene was produced in LIG form using a CO? laser on a polyimide substrate, mechanically pulverized, and obtained as graphene powder. Conductive inks created using different ratios of graphene/ethyl cellulose were formed into electrodes using the screen printing method. The structural and chemical properties of the electrodes were investigated using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy(EDS), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and X-ray diffraction (XRD) analyses. Their electrochemical performance was investigated using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. It was shown in the study that the ratio of graphene to ethyl cellulose has an influence on both the microstructure of the electrode as well as the transport of ions and electrons. The use of printing techniques to produce LIG-derived graphene-based electrodes provides an affordable and scalable method for producing supercapacitors; therefore, it may be a suitable alternative.