Una nueva investigación mejora los supercondensadores híbridos mediante la creación de electrodos más eficientes, lo que marca un gran paso adelante en la tecnología de almacenamiento de energía. Al igual que las baterías, los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía. Sin embargo, las baterías almacenan energía de forma electroquímica, mientras que los supercondensadores almacenan energía de forma electrostática, es decir, acumulando carga en la superficie del electrodo.
Los supercondensadores híbridos (HSC) combinan electrodos tipo batería y electrodos tipo condensador, combinando las ventajas de ambos sistemas. Aunque las técnicas de síntesis permiten que los ingredientes activos de los electrodos HSC crezcan directamente sobre sustratos conductores sin la adición de aglutinantes (electrodos "autoportantes"), la proporción de materiales activos en estos electrodos sigue siendo demasiado baja para satisfacer las necesidades comerciales.
Ahora, los investigadores han encontrado una manera ingeniosa de aumentar la proporción de sustancias activas para lograr mejoras significativas en métricas clave.
"Los supercondensadores híbridos combinan las ventajas de una alta densidad de energía y potencia, un ciclo de vida prolongado y seguridad, y se han convertido en una prometedora tecnología de vanguardia en el campo del almacenamiento de energía electroquímica", afirmó Guo Wei, primer autor del estudio y científico de la Universidad Politécnica del Noroeste en China. "En nuestro artículo, proponemos un nuevo mecanismo para crear una familia de superestructuras bidimensionales multifuncionales que superen la baja relación activo-masa de los electrodos autoportantes tradicionales".
En este artículo, los investigadores estudiaron el β-Ni(OH)2, una forma de hidróxido de níquel que puede cristalizar en una solución en estructuras delgadas en forma de placas sobre sustratos de fibra de carbono. Agregar NH4F a la solución de reacción puede reemplazar un ion hidróxido por un ion fluoruro. Se genera una placa de Ni-F-OH con un espesor de 700 nm, con una carga de masa (masa activa por centímetro cuadrado) de hasta 29,8 mg cm-2, lo que representa el 72% de la masa del electrodo.
Para comprender el mecanismo de formación de la nueva morfología, los investigadores llevaron a cabo una serie de análisis teóricos y experimentales, incluida la espectroscopía de absorción de rayos X (XAS) en las líneas de luz de la Fuente de Luz Avanzada (ALS) 7.3.1 y 8.0.1, y la microscopía de transmisión de rayos X de barrido (STXM) en la línea de luz 5.3.2.2.
Los resultados muestran que los iones F- agregados modulan la energía superficial de la placa (un factor importante en el crecimiento de los nanocristales), mientras que los iones NH4+ consumen el exceso de OH- local, inhibiendo la nueva formación de la indeseable fase β-Ni(OH)2. Además, basándose en el mismo método, los investigadores también pueden preparar otras superestructuras bimetálicas y sus derivados, lo que marca el surgimiento de una nueva familia de hidróxidos multifuncionales a base de metales que pueden usarse en nuevos sistemas de almacenamiento de energía para satisfacer necesidades futuras.
Fuente compilada: ScitechDaily