18.11.2020 - City University of Hong Kong

Los aniones importan

Los condensadores híbridos de iones de zinc con aniones ideales en el electrolito muestran un rendimiento extra largo

Los condensadores híbridos de iones metálicos combinan las propiedades de los condensadores y las baterías. Un electrodo utiliza el mecanismo capacitivo, el otro los procesos redox de tipo batería. Los científicos han examinado ahora el papel de los aniones en el electrolito. Los resultados, que se han publicado en la revista Angewandte Chemie, revelan la importancia de los aniones sulfato. Los electrolitos a base de sulfato dieron a los condensadores híbridos de iones de zinc un rendimiento excepcional y una operatividad extra larga.

Los condensadores pueden absorber y liberar una enorme cantidad de carga en poco tiempo, mientras que las baterías pueden almacenar mucha energía en un volumen pequeño. Para combinar ambas propiedades, los científicos están investigando células electroquímicas híbridas, que contienen tanto condensadores como electrodos de tipo batería. Entre estas células, los investigadores han identificado los condensadores híbridos de iones metálicos como dispositivos especialmente prometedores. Aquí, el electrodo positivo incluye propiedades pseudocapacitivas, lo que significa que también puede almacenar energía a modo de batería, por intercalación de los iones metálicos, mientras que el electrodo negativo está hecho de un metal redox-activo.

Sin embargo, su electrolito ha sido descuidado durante mucho tiempo, dice Chunyi Zhi que está investigando los materiales de la batería junto con su equipo en la Universidad de la Ciudad de Hong Kong. Los investigadores creen que el tipo de anión electrolítico afecta al rendimiento del dispositivo. "Prestar más atención a la introducción de aniones apropiados puede mejorar eficazmente la potencia y la densidad de energía de un condensador", dicen.

Los investigadores centraron su atención en los condensadores de iones de zinc. Este tipo de células consiste en un ánodo metálico de zinc y un cátodo hecho de nanofibras de nitruro de titanio. Las nanofibras son robustas y su superficie porosa permite que el electrolito se infiltre. Los científicos sostienen que los aniones del electrolito, cuando se unen a la superficie de nitruro de titanio, hacen que el material sea más conductivo. Además, los aniones adsorbidos pueden contribuir directamente al proceso de carga. La carga del condensador híbrido implica la extracción de los iones de zinc intercalados.

Zhi y sus colegas compararon los efectos de tres aniones electrolíticos: sulfato, acetato y cloruro. Observaron tanto su unión a la superficie del electrodo como el rendimiento de las células electroquímicas. Fue un resultado claro.

Los científicos informaron de que los aniones sulfato destacaban entre los tres aniones. Observaron que las células basadas en un electrolito de sulfato de zinc funcionaban mejor, y que los sulfatos se unían más fuertemente a la superficie del nitruro de titanio que los otros aniones. Además, los electrodos tratados con sulfato mostraron la menor autodescarga. Los autores atribuyeron los hallazgos a los efectos electrónicos del sulfato. Su naturaleza de atracción de electrones proporciona una unión firme a los átomos de la superficie e impide que el electrodo se autodescargue, concluyeron los autores.

En el caso de un condensador híbrido de zinc y sulfato de zinc e iones de zinc, los científicos informaron de un funcionamiento de alto rendimiento durante más de nueve meses. Además, estos dispositivos son flexibles, lo que es especialmente útil para la electrónica portátil. Los científicos probaron el dispositivo en un reloj electrónico y encontraron un excelente rendimiento.

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