Shellac derived graphene films on solid, flexible, and porous substrates for high performance bipolar plates and supercapacitor electrodes

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作者
Ram Sevak Singh,Maurice J. R. Jansen,Dipsikha Ganguly,Giridhar U. Kulkarni,Sundara Ramaprabhu,Shyam Kumar Choudhary,Chandrani Pramanik
出处
期刊:Renewable Energy [Elsevier]
卷期号:181: 1008-1022 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.renene.2021.09.091
摘要

Here, we report the growth of improved quality graphene thin film by a modified method using shellac as a low-cost and eco-friendly carbon source on three different substrates. We chose stainless steel (SS 316) plates used as a solid surface, nickel foam (NiF) representative of a solid porous substrate, and carbon fiber fabric (CFF) as a porous-flexible substrate. The graphene characteristic is found to be substrate-dependent in this single-step method. Uniform multilayer graphene is grown on SS316. In the case of Ni foam, the as-synthesized graphene exhibits high quality with relatively low defects. It was troublesome to grow uniform graphene on flexible CFF due to the low wettability of precursor solution. The substrate was required to modify with a thin (∼60 nm) layer of Ni deposition. The transfer-free method of graphene on CFF was assured by etching Ni via an acid treatment. Graphene coated SS316 used as bipolar plate exhibits superior corrosion resistance with corrosion current density I corr ∼1.2 μA/cm 2 and much lower interfacial contact resistance ICR ∼7.7 mΩ cm 2 . Graphene coated Ni foam was utilized as electrodes in supercapacitors which show large areal capacitance ∼1.7 F/cm 2 . Besides, graphene coated CFF shows sheet resistance ∼50% lower than that of uncoated CFF. • G/SS316, G/Ni foam and G/CFF were synthesized via a single-step method. • G/SS316 has long-term stability in a chloride environment. • DCG/SS316 bipolar plate has low Icorr ∼1.20 μA/cm 2 and very low ICR ∼7.7 mΩ.cm2. • The supercapacitor with G/Ni foam electrode has high areal capacitance ∼1.7 F/cm2. • G/CFF has lower sheet resistance ∼13 Ω/□ compared to that (∼20 Ω/□) of bare CFF.
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