Solid polymer electrolytes (SPEs) for symmetrical supercapacitors are proposed herein with activated carbon as electrodes and optimized solid polymer electrolyte membranes, which serve as the separators and electrolytes. We propose the design of a low-cost solid polymer electrolyte consisting of guanidinium nitrate (GuN) and poly(ethylene oxide) (PEO) with poly(vinylpyrrolidone) (PVP). Using the solution casting approach, blended polymer electrolytes with varying GuN weight percentage ratios of PVP and PEO are prepared. On the blended polymer electrolytes, structural, morphological, vibrational, and ionic conductivity are investigated. The solid polymer electrolytes’ morphology and level of roughness are examined using an FESEM. The interlinking bond formation between the blended polymers and the GuN salt is verified by FTIR measurements, indicating that the ligands are chemically complex. We found that, up to 20 wt.% GuN, the conductivity value increased (1.84 × 10−6 S/cm) with an increase in mobile charge carriers. Notably, the optimized PVP/PEO/20 wt.% solid polymer electrolyte was fabricated into a solid-state symmetrical supercapacitor device, which delivered a potential window of 0 to 2 V, a superior energy density of 3.88 Wh kg−1, and a power density of 1132 W kg−1.

Ferrite-based electrode materials have drawn a lot of interest in energy and environmental remediation applications, particularly high-performance supercapacitors are a promising approach. Herein, NiCuFe2O4 nanoparticles (NPs) have been prepared by the microwave combustion method and used as an electrode material for supercapacitor applications. The formation of a spinel cubic ferrite with an agglomeration of particle-like morphological structures has been affirmed by the PXRD and SEM analyses. The presence of functional groups specific to the nickel-copper ferrite formed during the microwave combustion process has been investigated by the FTIR. The magnetic behavior of the spinal NiCuFe2O4 NPs revealed soft ferromagnetism. In a three-electrode configuration, using a 3 M KOH electrolyte, the NiCuFe2O4 electrode demonstrated a high specific capacitance of 220.6 F/g at a scan rate of 5 mV/s with excellent cycling stability. Furthermore, a solid-state asymmetric supercapacitor device based on NiCuFe2O4 NPs as the cathode and activated carbon as the anode has been assembled, which displays a maximum energy and power densities of 8.78 Wh/kg and 2419.35 W/kg with remarkable 71 % cyclic retention after 5000 charge/discharge cycles. These notable results demonstrate the high electrochemical characteristics of nickel-copper ferrite as a pioneering spinel cubic ferrite electrode as a potential supercapacitor.

The electrochemical capacitors that use polymer nanocomposite electrode are the most efficient electrical energy storage devices due to their superior power density, quick charge/discharge, long cycle life and high degree of safety. The electrochemical performance of transitional metal oxide-based polymer nanocomposites electrode has been synthesized by solution casting method. The prepared polymer nanocomposites (PNCs) physical and electrochemical properties such as structural, morphology, cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were investigated. Subsequently, the solid-state asymmetric supercapacitor was assembled with (PVP/PVA/CuO X wt.%)//activated carbon in 6 M KOH electrolyte. Benefiting from the efficient pseudocapacitive properties of the flexible polymer nanocomposite positive electrode and activated carbon as a negative electrode. The PVP/PVA/5 wt.% CuO polymer nanocomposite electrode demonstrates a superior specific capacitance of 7.90 F g-1 at a current density of 2 A/g. The device has examined to life time application for cycling retention study and charge/discharge stability for 5 wt.% of PNCs electrode exhibited 88% capacity retention after 5000 GCD cycles at current density of 5 A g-1. The assembled flexible solid-state asymmetric supercapacitor exhibits a high energy density of 6.34 Wh kg–1 and power density of 566.06 W kg–1. These electrochemical results showed that the polymer nanocomposite exposed the strong synergistic effect between CuO nanoparticles and PVP/PVA blend polymer matrix and being facilitated by fast charge transfer, charge transfer resistance and the improved capacitance performances. Moreover, the fabricated asymmetric supercapacitors (ASCs) device also shows an excellent stability of electrochemical performance and hence finds a promising candidate for energy storage in supercapacitor as a flexible power source for wearable and portable electronics.