Mayor densidad energética de los electrodos de supercondensadores híbridos
Una investigación reciente mejora los supercondensadores híbridos mediante el desarrollo de electrodos más eficientes, lo que representa un avance sustancial en la tecnología de almacenamiento de energía.
Los supercapacitores, al igual que las baterías, son una forma de dispositivos de almacenamiento de energía. Pero a diferencia de las pilas, los supercondensadores almacenan energía electrostáticamente mediante la acumulación de carga en la superficie de sus electrodos.
En los supercondensadores híbridos (HSC) se combinan las ventajas de ambos sistemas mediante la combinación de electrodos de ambos sistemas. Aunque los métodos de síntesis permiten que los componentes activos de los electrodos HSC se desarrollen directamente sobre sustratos conductores sin añadir aglutinantes (electrodos “autoportantes”), la proporción de material activo en estos electrodos ha seguido siendo demasiado baja para las necesidades comerciales.
Los investigadores han descubierto un enfoque creativo para mejorar la proporción de masa activa y obtener enormes ganancias en métricas clave.
Gran avance en la eficiencia de los electrodos de supercondensadores
Los supercondensadores híbridos, como destaca Wei Guo, científico de la Universidad Politécnica del Noroeste (China), reúnen las ventajas de altas densidades de energía y potencia, ciclos de vida más largos y seguridad. Esto las sitúa como un área prometedora en el campo del almacenamiento electroquímico de energía. En nuestro artículo, sugerimos un nuevo enfoque para generar una diversa gama de superestructuras bidimensionales que aborden el reto convencional de la baja proporción de masa activa en los electrodos autoportantes.
Novedosas metodologías y hallazgos
En esta investigación, los investigadores examinaron el β-Ni(OH)2, un tipo de hidróxido de níquel que forma estructuras similares a placas sobre un sustrato de fibra de carbono al cristalizar de la solución. Al introducir en la solución de reacción NH4F, se sustituyó un ion hidróxido por un ion fluoruro. En consecuencia, las placas de Ni-F-OH producidas alcanzaron un grosor de 700 nm. Presentaban una importante carga de masa de 29,8 mg cm-2, que representaba hasta el 72% de la masa del electrodo.
Para esclarecer el mecanismo que rige la nueva morfología se emplearon diversos exámenes teóricos y empíricos, entre ellos la espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) llevada a cabo en las líneas de luz 7.3.1 y 8.0.1 de la Fuente de Luz Avanzada (ALS), junto con la microscopia de rayos X de transmisión por barrido (STXM) en la línea de luz 5.3.2.2. Los resultados indicaron que la introducción de F. O. en las placas de Ni-F. O. en los electrodos de NiF.
Las conclusiones indicaron que la introducción de iones F ajusta la energía superficial de las placas, un factor crucial en el crecimiento de nanocristales. Al mismo tiempo, los iones NH4+ agotan el exceso de OH- local, impidiendo la reaparición de la fase β-Ni(OH)2 no deseada. Además, el empleo de un método similar permitió a los investigadores generar varias superestructuras bimetálicas y sus derivados, lo que anuncia la aparición de una clase versátil de hidróxidos metálicos para sistemas innovadores de almacenamiento de energía que respondan a las necesidades futuras.
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