Electrodeposited wo₃ on stainless steel as a high-energy supercapacitor electrode

Abstract

Tungsten oksit (WO₃) ince filmleri, elektrokimyasal bir çöktürme yöntemi kullanılarak paslanmaz çelik (SS) altlıklar üzerine başarıyla kaplanmıştır. Oluşturulan WO₃/SS elektrodunun yapısal ve elektrokimyasal özellikleri, sulu bir elektrolit içerisinde üç elektrotlu bir sistem kullanılarak sistematik olarak araştırılmıştır. Döngüsel voltametri (CV) ölçümleri, elektrodun yaklaşık 1,2 V gibi geniş bir elektrokimyasal kararlılık penceresine sahip olduğunu ortaya koymuş ve bu durum, yüksek enerjili uygulamalar için uygunluğunu göstermiştir. 10 mV s⁻¹ tarama hızında, WO₃/SS elektrodu 652,9 F g⁻¹ gibi yüksek bir özgül kapasitans sergileyerek mükemmel bir yük depolama kabiliyeti göstermiştir. 1 A g⁻¹ akım yoğunluğunda gerçekleştirilen galvanostatik şarj-deşarj (GCD) testleri sonucunda, 139,9 Wh kg⁻¹ enerji yoğunluğu ve 7160,6 W kg⁻¹ güç yoğunluğu elde edilmiştir. Ayrıca, elektrot 10.000 ardışık GCD çevriminden sonra %98,2 gibi yüksek bir Coulombic verimliliğini koruyarak olağanüstü çevrim kararlılığı ortaya koymuştur. Bu sonuçlar, WO₃/SS elektrodunun hem yüksek enerji ve güç yoğunlukları hem de uzun vadeli dayanıklılığı ile yeni nesil süperkapasitör cihazları için umut verici bir aday olduğunu göstermektedir.

Tungsten oxide (WO₃) thin films were successfully deposited onto stainless steel (SS) substrates via an electrochemical deposition method. The structural and electrochemical characteristics of the resulting WO₃/SS electrode were systematically investigated using a three-electrode configuration in an aqueous electrolyte. Cyclic voltammetry (CV) measurements revealed that the electrode maintains a wide electrochemical stability window of approximately 1.2 V, indicative of its suitability for high-energy applications. At a scan rate of 10 mV s⁻¹, the WO₃/SS electrode delivered a high specific capacitance of 652.9 F g⁻¹, reflecting excellent charge storage capability. Galvanostatic charge-discharge (GCD) tests performed at a current density of 1 A g⁻¹ yielded an impressive energy density of 139.9 Wh kg⁻¹ and a corresponding power density of 7160.6 W kg⁻¹. Moreover, the electrode retained a high Coulombic efficiency of 98.2% after 10,000 continuous GCD cycles, highlighting its outstanding cycling stability. These results demonstrate that the WO₃/SS electrode is a promising candidate for next-generation supercapacitor devices, offering both high energy and power densities along with long-term durability.