1. Ultra-high areal capacitance and high rate capability RuO2 thin film electrodes for 3D micro-supercapacitors
- Author
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Bouchra Asbani, Jeremy Freixas, Pascal Roussel, Christophe Lethien, Thierry Brousse, Marielle Huvé, Gaëtan Buvat, David Troadec, 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), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-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 Montpellier (ENSCM)-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)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - 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.), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN ), This research is financially supported by the ANR within the DENSS-CAPIO project (ANR-17-CE05-0015-02) . The authors also want to thank the ANR STORE-EX and the French network on electrochemical energy storage (RS2E) for the financial support. The French RENATECH network is greatly acknowledged for the use of microfabrication facilities. Chevreul Institute (FR 2638) is also acknowledged for the access to advanced characterization facilities. The TEM facility in Lille (France) is supported by the 'Conseil Regional des Hauts-de-France' and the 'European Regional Development Fund (ERDF) '., Renatech Network, RS2E, CMNF, ANR-17-CE05-0015,DENSSCAPIO,Supercondensateurs nanostructurés tout-solides pour stockage d'énergie plus dense et plus sûr(2017), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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 Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, and Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)
- Subjects
Materials science ,Thin films ,Energy Engineering and Power Technology ,02 engineering and technology ,010402 general chemistry ,Electrochemistry ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,Capacitance ,Ruthenium oxide ,law.invention ,Planar ,law ,RuO2 ,Rate capability ,General Materials Science ,Electronics ,Pseudocapacitance ,3D micro-supercapacitor ,Supercapacitor ,Renewable Energy, Sustainability and the Environment ,business.industry ,021001 nanoscience & nanotechnology ,0104 chemical sciences ,Capacitor ,Electrode ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,Optoelectronics ,0210 nano-technology ,business - Abstract
International audience; To power the next generation of miniaturized electronic devices, 3D micro-supercapacitors are a new class of millimeter scale electrochemical capacitors with superior storage performance than their planar counterparts. Nevertheless, it is mandatory to carefully match the dimensions of the 3D scaffold with the thickness of the electrochemically active electrode materials to take benefit from both the high capacitance values and the high rate capability of 3D micro-supercapacitors technology. Here we demonstrate how to design an efficient 3D electrode based on ruthenium oxide pseudocapacitive film (similar to 400 nm-thick) deposited on a robust 3D scaffold. '90% of the initial capacitance value is maintained during 10000 cycles. The proposed 3D RuO2 electrode exhibits remarkable areal capacitance values (similar to 4.5 Fcm(-2)) at 2 mVs(-1), while maintaining more than 2 Fcm(-2) at 100 mVs(-1) (10 s charge / discharge time), thus validating the design of ultra-high capacitance electrode with high rate capability.
- Published
- 2021