Les condensateurs hybrides métal-ion combinent les propriétés des condensateurs et des batteries. Une électrode utilise le mécanisme capacitif, l'autre les procédés redox de type batterie. Les scientifiques ont maintenant scruté le rôle des anions dans l'électrolyte. Les résultats, qui ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie , révèlent l'importance des anions sulfate. Les électrolytes à base de sulfate ont donné aux condensateurs hybrides zinc-ion des performances exceptionnelles et une opérabilité extra-longue.

Les condensateurs peuvent absorber et libérer une énorme quantité de charge en peu de temps, alors que les batteries peuvent stocker beaucoup d'énergie dans un petit volume. Pour combiner les deux propriétés, les scientifiques étudient les cellules électrochimiques hybrides, qui contiennent à la fois des électrodes de type condensateur et batterie. Parmi ces cellules, les chercheurs ont identifié les condensateurs hybrides métal-ion comme des dispositifs particulièrement prometteurs. Ici, l'électrode positive comporte des propriétés pseudocapacitives, ce qui signifie qu'il peut également stocker de l'énergie à la manière d'une batterie, par intercalation des ions métalliques, tandis que l'électrode négative est constituée d'un métal redox-actif.

Cependant, leur électrolyte a longtemps été négligé, dit Chunyi Zhi qui étudie les matériaux des batteries avec son équipe à la City University of Hong Kong. Les chercheurs pensent que le type d'anion électrolytique affecte les performances de l'appareil. « Accorder plus d'attention à l'introduction d'anions appropriés peut améliorer efficacement la puissance et la densité énergétique d'un condensateur, " ils disent.

Les chercheurs ont concentré leur attention sur les condensateurs zinc-ion. Ce type de cellule se compose d'une anode en zinc métallique et d'une cathode en nanofibres de nitrure de titane. Les nanofibres sont robustes, et leur surface poreuse permet à l'électrolyte de s'infiltrer. Les scientifiques soutiennent que les anions électrolytiques, lorsqu'il est fixé à la surface de nitrure de titane, rendre le matériau plus conducteur. De plus, les anions adsorbés peuvent contribuer directement au processus de charge. La charge du condensateur hybride implique l'extraction des ions zinc intercalés.

Zhi et ses collègues ont comparé les effets de trois anions électrolytiques :sulfate, acétate, et le chlorure. Ils ont examiné à la fois leur liaison à la surface de l'électrode et les performances des cellules électrochimiques. C'était un résultat clair.

Les scientifiques ont signalé que les anions sulfate se distinguaient parmi les trois anions. Ils ont observé que les cellules à base d'électrolyte au sulfate de zinc étaient les plus performantes, et les sulfates se sont liés plus fortement à la surface du nitrure de titane que les autres anions. De plus, les électrodes traitées au sulfate ont montré la plus faible autodécharge. Les auteurs ont attribué les résultats aux effets électroniques du sulfate. Sa nature d'attraction d'électrons fournit une liaison étroite aux atomes de surface et empêche l'électrode de s'auto-décharger, concluent les auteurs.

Pour un condensateur hybride zinc-ion à base de sulfate de zinc, les scientifiques ont signalé un fonctionnement à haute performance pendant plus de neuf mois. De plus, ces appareils sont flexibles, ce qui est particulièrement utile pour l'électronique portable. Les scientifiques ont testé l'appareil dans une montre électronique et ont trouvé d'excellentes performances.