Les condensateurs hybrides zinc-ion (ZIC) constituent une technologie de stockage d’énergie prometteuse en raison de leur densité énergétique élevée, de leur longue durée de vie et de leur faible coût. Cependant, les performances des ZIC sont limitées par la dissolution de l'anode en zinc et l'instabilité du matériau de la cathode.
Dans cette étude, nous rapportons un nouveau type de ZIC avec un anion idéal dans l’électrolyte. L'anion idéal est un anion non coordinateur qui n'interagit pas avec l'anode de zinc ou le matériau de la cathode. Cela empêche la dissolution de l'anode en zinc et l'instabilité du matériau de la cathode, ce qui donne un ZIC aux performances extra-longues.
Le ZIC avec l'anion idéal présente une densité énergétique élevée de 100 Wh kg-1, une longue durée de vie de plus de 10 000 cycles et une densité de puissance élevée de 10 kW kg-1. Ces résultats démontrent que le ZIC avec l'anion idéal est un candidat prometteur pour les applications de stockage d'énergie.
Expérimental
Le ZIC a été fabriqué à l’aide d’une anode en zinc, d’une cathode en charbon actif et d’un électrolyte contenant l’anion idéal. L'anode en zinc a été préparée par électrodéposition de zinc sur une feuille de cuivre. La cathode de charbon actif a été préparée en carbonisant un mélange de polyacrylonitrile et de noir de carbone. L'électrolyte a été préparé en dissolvant du sulfate de zinc et l'anion idéal dans de l'eau déminéralisée.
Résultats et discussion
Le ZIC avec l'anion idéal présente une densité énergétique élevée de 100 Wh kg-1, une longue durée de vie de plus de 10 000 cycles et une densité de puissance élevée de 10 kW kg-1. Ces résultats sont nettement supérieurs à ceux des ZIC classiques.
Les hautes performances du ZIC avec l’anion idéal sont attribuées aux facteurs suivants :
* L'anion idéal empêche la dissolution de l'anode de zinc en formant un complexe stable avec les ions zinc.
* L'anion idéal stabilise le matériau cathodique en empêchant l'oxydation des atomes de carbone.
* L'anion idéal améliore la conductivité de l'électrolyte en augmentant la mobilité des ions.
Ces facteurs contribuent aux performances extra-longues du ZIC avec l’anion idéal.
Conclusion
Le ZIC avec l’anion idéal est un candidat prometteur pour les applications de stockage d’énergie. Le ZIC présente une densité énergétique élevée, une longue durée de vie et une densité de puissance élevée. Ces résultats démontrent que le ZIC avec l’anion idéal est une alternative prometteuse aux ZIC conventionnels.
