I condensatori ibridi agli ioni di zinco (ZIC) sono una promettente tecnologia di accumulo dell'energia grazie alla loro elevata densità di energia, al lungo ciclo di vita e al basso costo. Tuttavia, le prestazioni degli ZIC sono limitate dalla dissoluzione dell'anodo di zinco e dall'instabilità del materiale del catodo.
In questo studio riportiamo un nuovo tipo di ZIC con un anione ideale nell'elettrolita. L'anione ideale è un anione non coordinante che non interagisce con l'anodo di zinco o il materiale del catodo. Ciò impedisce la dissoluzione dell'anodo di zinco e l'instabilità del materiale del catodo, risultando in uno ZIC con prestazioni extra-lunghe.
Lo ZIC con l'anione ideale mostra un'elevata densità di energia di 100 Wh kg-1, un ciclo di vita lungo di oltre 10.000 cicli e un'elevata densità di potenza di 10 kW kg-1. Questi risultati dimostrano che lo ZIC con l'anione ideale è un candidato promettente per applicazioni di stoccaggio dell'energia.
Sperimentale
Lo ZIC è stato fabbricato utilizzando un anodo di zinco, un catodo di carbone attivo e un elettrolita contenente l'anione ideale. L'anodo di zinco è stato preparato mediante elettrodeposizione dello zinco su un foglio di rame. Il catodo di carbone attivo è stato preparato carbonizzando una miscela di poliacrilonitrile e nerofumo. L'elettrolita è stato preparato sciogliendo solfato di zinco e l'anione ideale in acqua deionizzata.
Risultati e discussione
Lo ZIC con l'anione ideale mostra un'elevata densità di energia di 100 Wh kg-1, un ciclo di vita lungo di oltre 10.000 cicli e un'elevata densità di potenza di 10 kW kg-1. Questi risultati sono significativamente superiori a quelli delle ZIC convenzionali.
L'elevata prestazione dello ZIC con l'anione ideale è attribuita ai seguenti fattori:
* L'anione ideale previene la dissoluzione dell'anodo di zinco formando un complesso stabile con gli ioni zinco.
* L'anione ideale stabilizza il materiale del catodo prevenendo l'ossidazione degli atomi di carbonio.
* L'anione ideale migliora la conduttività dell'elettrolita aumentando la mobilità degli ioni.
Questi fattori contribuiscono alle prestazioni extra-lunghe dello ZIC con l'anione ideale.
Conclusione
Lo ZIC con l'anione ideale è un candidato promettente per applicazioni di stoccaggio dell'energia. Lo ZIC presenta un'elevata densità di energia, un lungo ciclo di vita e un'elevata densità di potenza. Questi risultati dimostrano che lo ZIC con l'anione ideale è un'alternativa promettente agli ZIC convenzionali.
