1. Sputtered (Fe,Mn)3O4 Spinel Oxide Thin Films for Micro-Supercapacitor
- Author
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Bukola Jolayemi, Gaetan Buvat, Thierry Brousse, Pascal Roussel, Christophe Lethien, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université de Montpellier (UM), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST), Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (Nantes Univ - EPUN), Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN ), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), The authors want to thank the French network on electrochemical energy storage (RS2E) and the Store-Ex Labex for the support. The French RENATECH network and the University of Lille are greatly acknowledged for the supporting the Center of MicroNanoFabrication (CMNF) facility. Chevreul Institute (FR 2638), Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, Région Hauts de France and FEDER are acknowledged for supporting and funding XRD facility., RS2E, Renatech Network, CMNF, and ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010)
- Subjects
micro-supercapacitors ,Renewable Energy, Sustainability and the Environment ,Sputtering ,IEMN buvat ,Condensed Matter Physics ,Fe ,Bukola ,Mn ,Surfaces, Coatings and Films ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,[SPI]Engineering Sciences [physics] ,IEMN ,thin films ,Materials Chemistry ,Electrochemistry ,Pseudocapacitance ,Jolayemi ,gaetan - Abstract
The scaling up of wireless operating microelectronics for upcoming Internet of Things (IoT) applications demands high-performance micro-supercapacitors (MSCs) with corresponding high-energy and power capabilities. Indeed, this necessitates the quest for MSC’s electrode materials capable of delivering high energy density at high charge/discharge rates. Many multicationic oxides, such as spinel manganese-iron compounds, demonstrate good pseudocapacitive properties as positive electrodes in conventional supercapacitors. However, fulfilling the required fabrication techniques is a challenge for their applications in MSCs. Hence, this study, for the first time, demonstrates the successful deposition of spinel Mn-Fe thin films on a functional platinum-based current collector. The deposition is achieved in a reactive oxygen environment via reactive DC magnetron sputtering techniques and subsequently annealed ex situ at 600 °C in a nitrogen environment. The electrochemical signature in neutral 1 M Na2SO4 aqueous electrolyte is comparable to those reported for spinel type Mn-Fe bulk counterparts. The areal capacitance at 10 mV.s−1 is 15.5 mF.cm−2 for 1 μm thick film, exhibiting excellent coulombic efficiency (close to 100%) and long-term cycle stability after 10,000 cycles. Thus, the synthesis of the multicationic pseudocapacitive oxides via compatible microelectronic deposition methods has set a prospective path to achieve very high-performance MSCs for future IoT applications.
- Published
- 2022
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