2 cela explique l'origine du stockage de charge dans les supercondensateurs. La miniaturisation des dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique augmentera le rôle des effets de surface et quantiques en termes de propriétés et de stabilité de l'ensemble du dispositif. La science des surfaces est donc devenue cruciale pour les futures avancées technologiques.
Maintenant, RuO 2 est le matériau le plus couramment utilisé pour les applications électroniques telles que la détection et la catalyse. Il est largement utilisé dans les supercondensateurs comme matériau de cathode. Cependant, RuO 2 a intrigué les chercheurs quant à son application dans les supercondensateurs.
D'habitude, le comportement supercapacitif se produit à la suite du processus de double insertion proton-électron. Chaque atome d'hydrogène (proton) adsorbé ou intercalé induira une pseudocapacité dans le matériau de la cathode. Les résultats expérimentaux montrent une pseudocapacité dans le RuO 2 cathodiques, mais ne peut pas expliquer l'origine de l'effet, car ce processus à l'échelle atomique ne peut pas être examiné à l'aide des techniques expérimentales disponibles. De nombreuses recherches théoriques ont été consacrées à la surface de RuO 2 avec (110) orientation cristallographique, qui est le plus stable aux conditions ambiantes. Toujours, l'effet de pseudocapacité reste inexpliqué.
"Nous avons prédit la nouvelle reconstruction thermodynamiquement stable du RuO 2 surface d'orientation cristallographique (110), à savoir RuO 4 –(2×1). Cette reconstruction a un atome de Ru à quatre coordonnées et quatre atomes d'oxygène, dont deux à deux coordonnées et les deux autres à une seule coordonnée. Une étude détaillée de la stabilité montre qu'une reconstruction nouvellement prédite a une énergie de surface inférieure à celle des surfaces précédemment étudiées et des terminaisons de surface avec une orientation cristallographique (110), et devrait se former même dans des conditions ambiantes, ce qui ne contredit pas les données expérimentales, " a déclaré Alexandre Kvashnine, un chercheur du Skoltech Center for Electrochemical Energy Storage et l'un des auteurs de l'étude.
Pour discriminer entre les modèles structurels, les scientifiques ont utilisé les résultats d'expériences réalisées à l'aide de la microscopie à balayage par transmission (STM). Ils ont simulé les images STM de RuO 4 –(2×1) reconstruction avec un certain nombre de surfaces et de reconstructions précédemment proposées et comparé les simulations avec des images STM disponibles expérimentalement. A leur grande surprise, ils n'ont trouvé aucune différence entre les images, ce qui les rendait difficiles à distinguer dans les expériences. Tout en étant tout aussi cohérent avec les images STM expérimentales, la reconstruction prévue est plus faible en énergie et est donc préférable.
Une étude plus approfondie des propriétés électrochimiques montre que l'adsorption d'hydrogène par rapport à la reconstruction prédite est énergétiquement favorable, présentant une influence prédominante de l'intercalation d'hydrogène dans la surface cathodique, ce qui contribuerait à la pseudocapacité. Ces résultats contrastent fortement avec les résultats obtenus à partir d'autres reconstructions et terminaisons de surface dans lesquelles l'intercalation d'hydrogène est défavorable.
"Combiner les données sur l'énergie de surface la plus basse du RuO nouvellement prédit 4 –(2×1) reconstruction de surface de (110) surface de RuO2, l'adéquation parfaite de l'image STM simulée avec les données expérimentales et les propriétés électrochimiques étudiées, nous expliquons la contribution de la réaction redox de surface à la pseudocapacité de RuO 2 cathodiques, ce qui est dû à la structure atomique particulière de la reconstruction de surface de la surface (110), " a déclaré Kvashnin Les résultats de leur étude ont été récemment publiés dans Rapports scientifiques .
