I condensatori ibridi agli ioni di metallo combinano le proprietà di condensatori e batterie. Un elettrodo utilizza il meccanismo capacitivo, l'altro i processi redox a batteria. Gli scienziati hanno ora esaminato il ruolo degli anioni nell'elettrolita. I risultati, che sono stati pubblicati sulla rivista Angewandte Chemie , rivelano l'importanza degli anioni solfato. Gli elettroliti a base di solfato hanno fornito ai condensatori ibridi agli ioni di zinco prestazioni eccezionali e un'operatività extra lunga.

I condensatori possono assorbire e rilasciare un'enorme quantità di carica in breve tempo, mentre le batterie possono immagazzinare molta energia in un piccolo volume. Per combinare entrambe le proprietà, scienziati stanno studiando celle elettrochimiche ibride, che contengono sia elettrodi a condensatore che a batteria. Tra queste cellule, i ricercatori hanno identificato i condensatori ibridi agli ioni metallici come dispositivi particolarmente promettenti. Qui, l'elettrodo positivo include proprietà pseudocapacitive, il che significa che può anche immagazzinare energia come una batteria, per intercalazione degli ioni metallici, mentre l'elettrodo negativo è costituito da un metallo redox-attivo.

Però, il loro elettrolita è stato a lungo trascurato, dice Chunyi Zhi che sta studiando i materiali delle batterie insieme al suo team presso la City University di Hong Kong. I ricercatori ritengono che il tipo di anione elettrolitico influisca sulle prestazioni del dispositivo. "Prestare maggiore attenzione all'introduzione di anioni appropriati può migliorare efficacemente la potenza e la densità di energia di un condensatore, " dicono.

I ricercatori hanno concentrato la loro attenzione sui condensatori agli ioni di zinco. Questo tipo di cella è costituito da un anodo in metallo di zinco e da un catodo in nanofibre di nitruro di titanio. Le nanofibre sono robuste, e la loro superficie porosa consente l'infiltrazione dell'elettrolita. Gli scienziati sostengono che gli anioni elettrolitici, quando attaccato alla superficie del nitruro di titanio, rendere il materiale più conduttivo. Inoltre, gli anioni adsorbiti possono contribuire direttamente al processo di carica. La carica del condensatore ibrido comporta l'estrazione degli ioni zinco intercalati.

Zhi e i suoi colleghi hanno confrontato gli effetti di tre anioni elettrolitici:solfato, acetato, e cloruro. Hanno esaminato sia il loro legame alla superficie dell'elettrodo sia le prestazioni delle celle elettrochimiche. Era un risultato chiaro.

Gli scienziati hanno riferito che gli anioni solfato spiccavano tra i tre anioni. Hanno osservato che le celle basate su un elettrolita di solfato di zinco hanno funzionato meglio, e i solfati si legano più forte alla superficie del nitruro di titanio rispetto agli altri anioni. Inoltre, gli elettrodi trattati con solfato hanno mostrato l'autoscarica più bassa. Gli autori hanno attribuito i risultati agli effetti elettronici del solfato. La sua natura di attrazione di elettroni fornisce uno stretto legame agli atomi di superficie e impedisce all'elettrodo di scaricarsi automaticamente, hanno concluso gli autori.

Per un condensatore ibrido a ioni di zinco a base di solfato di zinco, gli scienziati hanno riferito di operazioni ad alte prestazioni per più di nove mesi. Inoltre, questi dispositivi sono flessibili, che è particolarmente utile per l'elettronica portatile. Gli scienziati hanno testato il dispositivo in un orologio elettronico e hanno riscontrato prestazioni eccellenti.