新しい研究では、より効率的な電極を作成することでハイブリッド スーパーキャパシタを強化し、エネルギー貯蔵技術の大きな前進を示しています。バッテリーと同様に、スーパーキャパシタはエネルギー貯蔵デバイスです。ただし、バッテリーは電気化学的にエネルギーを蓄積しますが、スーパーキャパシタは静電的に、つまり電極表面に電荷を蓄積することによってエネルギーを蓄積します。
ハイブリッド スーパーキャパシタ (HSC) は、バッテリー タイプの電極とコンデンサ タイプの電極を組み合わせ、両方のシステムの利点を組み合わせています。合成技術により、HSC 電極の活性成分をバインダーを追加することなく導電性基板上で直接成長させることができますが (「自己支持型」電極)、これらの電極中の活性物質の割合は商業的ニーズを満たすには依然として低すぎます。
今回、研究者らは、主要な指標で大幅な改善を達成するために、活性物質の比率を高める独創的な方法を発見しました。
「ハイブリッド スーパーキャパシタは、高エネルギーと電力密度、長いサイクル寿命と安全性という利点を兼ね備えており、電気化学エネルギー貯蔵の分野で有望な最先端技術となっています」と、この研究の筆頭著者で中国の西北理工大学の科学者であるGuo Wei氏は述べた。 「私たちの論文では、従来の自立型電極の低い活性対質量比を克服する、多機能の二次元上部構造のファミリーを作成するための新しいメカニズムを提案します。」
この論文では、研究者らは、溶液から炭素繊維基板上で薄い板状の構造に結晶化できる水酸化ニッケルの一種であるβ-Ni(OH)2 を研究しました。反応溶液にNH4Fを添加すると、水酸化物イオンをフッ化物イオンに置き換えることができます。厚さ 700 nm の Ni-F-OH プレートが生成され、質量負荷 (平方センチメートルあたりの活性質量) は 29.8 mg cm-2 と高く、電極質量の 72% を占めます。
新しい形態の形成メカニズムを理解するために、研究者らは、高度光源（ALS）7.3.1および8.0.1ビームラインでのX線吸収分光法（XAS）、5.3.2.2ビームラインでの走査型透過型X線顕微鏡（STXM）など、一連の理論的および実験的分析を実施した。
結果は、添加された F- イオンがプレートの表面エネルギー (ナノ結晶成長の主要な要因) を調節する一方で、NH4+ イオンが過剰な局所的な OH- を消費し、望ましくない β-Ni(OH)2 相の再形成を抑制することを示しています。さらに、同じ方法に基づいて、研究者は他のバイメタル上部構造とその誘導体を調製することもできます。これは、将来のニーズを満たす新しいエネルギー貯蔵システムに使用できる多機能金属ベース水酸化物の新しいファミリーの出現を示しています。
コンパイルされたソース: ScitechDaily