Les matériaux en couches ont suscité une attention considérable en tant que matériaux d'électrode prometteurs pour divers systèmes de stockage d'énergie, notamment les batteries et les supercondensateurs. Ces matériaux se caractérisent par leurs structures bidimensionnelles uniques, constituées de couches empilées avec des sites d'intercalation entre elles. Les molécules d'eau, en raison de leur petite taille, de leur polarité et de leur capacité à former des liaisons hydrogène, peuvent s'intercaler efficacement dans ces structures en couches et avoir un impact significatif sur la capacité de stockage des ions des matériaux. Voici comment l’incorporation d’eau peut influencer le stockage des ions :

1. Pseudocapacité d'intercalation :les molécules d'eau peuvent s'intercaler dans les espaces intercalaires des matériaux en couches et participer au stockage de charges grâce à un processus connu sous le nom de pseudocapacité d'intercalation. Pendant le processus de charge, les molécules d’eau subissent des réactions redox faradiques à la surface de l’électrode, contribuant à la capacité globale du matériau.

2. Conductivité ionique améliorée :L’intercalation des molécules d’eau peut améliorer considérablement la conductivité ionique des matériaux en couches. Les molécules d'eau, étant polaires, facilitent le mouvement des ions au sein de la structure de l'électrode. Ce transport ionique amélioré permet un transfert de charge plus rapide et réduit la résistance interne de l'électrode, ce qui se traduit par une meilleure capacité de débit et une meilleure densité de puissance.

3. Modification structurelle :La présence de molécules d'eau peut induire des changements structurels ou des transitions de phase dans les matériaux en couches. Ces modifications structurelles peuvent créer des sites actifs supplémentaires pour l’intercalation des ions et améliorer l’accessibilité de la surface de l’électrode aux ions de l’électrolyte.

4. Effets de solvatation :Les molécules d'eau peuvent solvater les ions présents dans l'électrolyte, réduisant ainsi leurs interactions électrostatiques et facilitant leur transport. Cet effet de solvatation améliore la mobilité ionique et améliore la cinétique de diffusion des ions au sein du matériau de l'électrode.

5. Réactions faradiques pseudocapacitives :Dans certains matériaux en couches, les molécules d'eau peuvent participer à des réactions faradiques pseudocapacitives, contribuant à la capacité globale de stockage de charges. Ces réactions impliquent l’oxydation et la réduction des molécules d’eau, conduisant à des contributions pseudocapacitives supplémentaires.

Cependant, il est important de noter que l’incorporation d’eau peut également présenter certains inconvénients, tels que la dégradation des électrodes due à une instabilité structurelle ou à la décomposition de l’électrolyte. Par conséquent, un examen attentif et une optimisation sont nécessaires pour équilibrer les effets positifs et négatifs de l’incorporation d’eau dans les matériaux en couches pour les applications de stockage d’ions.