Metaal-ion hybride condensatoren combineren de eigenschappen van condensatoren en batterijen. Eén elektrode maakt gebruik van het capacitieve mechanisme, de andere de redoxprocessen van het batterijtype. Wetenschappers hebben nu de rol van anionen in de elektrolyt onder de loep genomen. De resultaten, die in het tijdschrift zijn gepubliceerd Angewandte Chemie , onthullen het belang van sulfaatanionen. Op sulfaat gebaseerde elektrolyten gaven zink-ion hybride condensatoren uitstekende prestaties en een extra lange levensduur.

Condensatoren kunnen in korte tijd een enorme hoeveelheid lading opnemen en afgeven, terwijl batterijen veel energie kunnen opslaan in een klein volume. Om beide eigenschappen te combineren, wetenschappers onderzoeken hybride elektrochemische cellen, die zowel condensator- als batterij-type elektroden bevatten. Tussen deze cellen onderzoekers hebben metaal-ion hybride condensatoren geïdentificeerd als bijzonder veelbelovende apparaten. Hier, de positieve elektrode bevat pseudocapacitieve eigenschappen, wat betekent dat het ook energie kan opslaan op de manier van een batterij, door intercalatie van de metaalionen, terwijl de negatieve elektrode is gemaakt van een redox-actief metaal.

Echter, hun elektrolyt is lang verwaarloosd, zegt Chunyi Zhi die samen met zijn team batterijmaterialen onderzoekt aan de City University van Hong Kong. De onderzoekers geloven dat het type elektrolyt-anion de prestaties van het apparaat beïnvloedt. "Meer aandacht besteden aan de introductie van geschikte anionen kan het vermogen en de energiedichtheid van een condensator effectief verbeteren, " ze zeggen.

De onderzoekers richtten hun aandacht op zink-ion-condensatoren. Dit celtype bestaat uit een zinkmetaalanode en een kathode gemaakt van titaniumnitride-nanovezels. De nanovezels zijn robuust, en hun poreuze oppervlak zorgt ervoor dat de elektrolyt kan infiltreren. De wetenschappers beweren dat de elektrolyt-anionen, wanneer bevestigd aan het oppervlak van titaniumnitride, maken het materiaal meer geleidend. Bovendien, de geadsorbeerde anionen kunnen direct bijdragen aan het laadproces. Het opladen van de hybride condensator omvat de extractie van de geïntercaleerde zinkionen.

Zhi en zijn collega's vergeleken de effecten van drie elektrolyt-anionen:sulfaat, acetaat, en chloride. Ze keken zowel naar hun binding aan het elektrodeoppervlak als naar de prestaties van de elektrochemische cellen. Het was een duidelijk resultaat.

De wetenschappers meldden dat de sulfaatanionen opvielen tussen de drie anionen. Ze merkten op dat cellen op basis van een zinksulfaatelektrolyt het beste presteerden, en de sulfaten bonden sterker aan het titaannitride-oppervlak dan de andere anionen. Bovendien, met sulfaat behandelde elektroden vertoonden de laagste zelfontlading. De auteurs schreven de bevindingen toe aan de elektronische effecten van sulfaat. Het elektrontrekkende karakter zorgt voor een strakke binding aan de oppervlakte-atomen en voorkomt dat de elektrode zichzelf ontlaadt, concludeerden de auteurs.

Voor een op zinksulfaat gebaseerde zink-ion hybride condensator, de wetenschappers rapporteerden een krachtige werking gedurende meer dan negen maanden. Bovendien, deze apparaten zijn flexibel, wat vooral handig is voor draagbare elektronica. De wetenschappers testten het apparaat in een elektronisch horloge en vonden uitstekende prestaties.