Electrochemical Behavior of Pristine Mn2O3 Efficient Electrodes by Inexpensive Potentiostatic Electrodeposition Technique

Abstract

Електрод типу нанолусок з Mn2O3 для застосування в суперконденсаторах був успішно електроосаджений на колектор струму з нержавіючої сталі (SS) потенціостатичним способом без використання будь-якого сполучного або закупорювального засобу. Структурні, морфологічні та композиційні властивості підготовлених електродів Mn2O3 були охарактеризовані за допомогою методів дифракції рентгенівських променів (XRD), польової емісійної скануючої електронної мікроскопії (FESEM) та інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є (FTIR) відповідно. Дослідження XRD виявило наночастинки Mn2O3, які мають кристалічну об'ємно-центровану кубічну структуру (BCC), підтверджену за допомогою JCPDS no. 89-2809. Зображення FESEM демонструють морфологію нанолусок, а також пластинчасту та пористу морфологію, придатну для електрохімічних застосувань. Утворення Mn2O3 було підтверджено за допомогою FTIR спектрів. Електрохімічні характеристики електрода Mn2O3 досліджували за допомогою циклічної вольтамперометрії (CV), гальваностатичного заряду/розряду (GCD) та електрохімічної імпедансної спектроскопії (EIS) в електролітах Na2SO4, NaOH та KCl. Виявлено, що електроліт 1 M Na2SO4 добре підходить для електроду типу нанолусок з Mn2O3 для застосування в суперконденсаторах з питомою ємністю (Csp) 508 Фгм – 1 при швидкості сканування 5 мВс – 1. Кращі значення Csp можуть бути пов'язані з великими активними центрами та швидким іонним транспортом через поверхню електрода Mn2O3. Аналіз електрохімічної стабільності електрода Mn2O3 показує збереження ємності 83 % після 1000 циклів в електроліті 1 M Na2SO4 при швидкості сканування 100 мВс – 1.

Mn2O3 nanoflake type electrode for supercapacitor applications has been successfully electrodeposited on stainless steel (SS) current collector by potentiostatic way without using any binder or capping agent. Structural, morphological and compositional properties of the prepared Mn2O3 electrodes were characterized using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and Fourier transform infra-red (FTIR) spectroscopy techniques, respectively. The XRD study revealed Mn2O3 nanoparticles exhibiting body centered cubic (BCC) crystal structure confirmed using JCPDS no. 89-2809. The FESEM images show nanoflake, lamellar and porous morphology suitable for electrochemical applications. The formation of Mn2O3 was confirmed using FTIR spectra. The electrochemical performance of Mn2O3 electrode was investigated using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in Na2SO4, NaOH and KCl electrolytes. It is revealed that the 1 M Na2SO4 electrolyte is well suited for Mn2O3 nanoflake type electrode for supercapacitor applications exhibiting specific capacitance (Csp) of 508 Fgm – 1 at a scan rate of 5 mVs – 1. The better Csp values may be due to large active sites and rapid ionic transport across the Mn2O3 electrode's surface. Analysis of the electrochemical stability of the Mn2O3 electrode exhibits a capacity retention value of 83 % after 1000 cycles in 1 M Na2SO4 electrolyte at a scan rate of 100 mVs – 1.