Novas pesquisas aprimoram os supercapacitores híbridos, criando eletrodos mais eficientes, marcando um grande avanço na tecnologia de armazenamento de energia. Assim como as baterias, os supercapacitores são dispositivos de armazenamento de energia. Porém, as baterias armazenam energia eletroquimicamente, enquanto os supercapacitores armazenam energia eletrostaticamente, ou seja, acumulando carga na superfície do eletrodo.
Supercapacitores híbridos (HSCs) combinam eletrodos do tipo bateria e eletrodos do tipo capacitor, combinando as vantagens de ambos os sistemas. Embora as técnicas de síntese permitam que os ingredientes ativos nos eletrodos HSC sejam cultivados diretamente em substratos condutores sem a necessidade de adicionar ligantes (eletrodos "autossustentáveis"), a proporção de materiais ativos nesses eletrodos ainda é muito baixa para atender às necessidades comerciais.
Agora, os investigadores encontraram uma forma engenhosa de aumentar a proporção de substâncias ativas para alcançar melhorias significativas nas principais métricas.
"Os supercapacitores híbridos combinam as vantagens de alta energia e densidade de potência, ciclo de vida longo e segurança, e se tornaram uma tecnologia de ponta promissora no campo de armazenamento de energia eletroquímica", disse Guo Wei, primeiro autor do estudo e cientista da Northwestern Polytechnical University, na China. "Em nosso artigo, propomos um novo mecanismo para criar uma família de superestruturas bidimensionais multifuncionais que supere a baixa relação ativo-massa dos eletrodos autossustentáveis tradicionais."
Neste artigo, os pesquisadores estudaram o β-Ni (OH) 2, uma forma de hidróxido de níquel que pode cristalizar a partir da solução em estruturas finas semelhantes a placas em substratos de fibra de carbono. Adicionar NH4F à solução de reação pode substituir um íon hidróxido por um íon fluoreto. É gerada uma placa de Ni-F-OH com espessura de 700 nm, com carga de massa (massa ativa por centímetro quadrado) de até 29,8 mg cm-2, representando 72% da massa do eletrodo.
Para entender o mecanismo de formação da nova morfologia, os pesquisadores conduziram uma série de análises teóricas e experimentais, incluindo espectroscopia de absorção de raios X (XAS) nas linhas de luz Advanced Light Source (ALS) 7.3.1 e 8.0.1, e microscopia de varredura de raios X de transmissão (STXM) na linha de luz 5.3.2.2.
Os resultados mostram que os íons F- adicionados modulam a energia superficial da placa (um fator importante no crescimento dos nanocristais), enquanto os íons NH4+ consomem o excesso de OH- local, inibindo a reforma da indesejável fase β-Ni(OH)2. Além disso, com base no mesmo método, os pesquisadores também podem preparar outras superestruturas bimetálicas e seus derivados, o que marca o surgimento de uma nova família de hidróxidos multifuncionais à base de metais que podem ser utilizados em novos sistemas de armazenamento de energia para atender necessidades futuras.
Fonte compilada: ScitechDaily