High-performance redox-active organic molecule grafted graphene based on-chip micro-supercapacitor towards self-powered environmental monitoring station

超级电容器 微电子 石墨烯 材料科学 纳米技术 假电容 电容 数码产品 电极 氧化还原 电气工程 化学 工程类 物理化学 冶金
作者
V. C. Ravichandran,Swapnil Shital Nardekar,Dhanasekar Kesavan,Jyoti Prakash Das,Vijayakumar Elumalai,Sang‐Jae Kim
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:482: 148822-148822
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148822
摘要

In today's tech-centric world, miniaturized electronics like the Internet of Things (IoTs) and micro-sensory systems gained significant attention in both academic and industrial domains. Nonetheless, developing maintenance-free miniature power cells that can meet the requisite metrics for powering these microelectronics remains a crucial challenge. Herein, we proposed a p-phenylenediamine (PPD) grafted graphene supercapacitor electrode through a solvothermal grafting process. The redox-active properties of PPD molecules enhance the graphene electrode with exceptional pseudocapacitance via reversible redox reaction, resulting in a specific capacitance of 573.7 Fg−1, which is higher than the pristine rGO electrode. Benefiting from these properties, we have fabricated the on-chip micro-supercapacitor (MSC) through a laser-scribing technique, offering a wide working voltage (1.2 V) and superior capacitance of 38.4 mF cm−2 in an aqueous gel electrolyte. It is worth noting that the energy (7.6 μWh cm−2) and power density (4.46 mW cm−2) of this device are capable of empowering the various micro-sensors. As a proof of concept, we fabricated the self-powered environmental monitoring station integrating the MSC module and anemometer to recover the wind energy. The fabricated MSCs are self-charged up to their optimum potential (2.4 V within ∼ 225 sec) and empowered the micro-sensory system effectively (over ∼ 15 min), making it an ideal choice for near-future self-powered microelectronics.
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