Metalljonhybridkondensatorer kombinerar egenskaperna hos kondensatorer och batterier. En elektrod använder den kapacitiva mekanismen, den andra redoxprocesser av batterityp. Forskare har nu granskat anjonernas roll i elektrolyten. Resultaten, som har publicerats i tidskriften Angewandte Chemie , avslöja vikten av sulfatanjoner. Sulfatbaserade elektrolyter gav zinkjonhybridkondensatorer enastående prestanda och extra lång drift.

Kondensatorer kan ta upp och frigöra en enorm mängd laddning på kort tid, medan batterier kan lagra mycket energi i en liten volym. För att kombinera båda egenskaperna, forskare undersöker elektrokemiska hybridceller, som innehåller elektroder av både kondensator- och batterityp. Bland dessa celler, forskare har identifierat metalljonhybridkondensatorer som särskilt lovande enheter. Här, den positiva elektroden inkluderar pseudokapacitiva egenskaper, vilket innebär att den också kan lagra energi på samma sätt som ett batteri, genom interkalering av metalljonerna, medan den negativa elektroden är gjord av en redoxaktiv metall.

Dock, deras elektrolyt har länge försummats, säger Chunyi Zhi som undersöker batterimaterial tillsammans med sitt team på City University of Hong Kong. Forskarna tror att typen av elektrolytanjon påverkar enhetens prestanda. "Att ägna mer uppmärksamhet åt införandet av lämpliga anjoner kan effektivt förbättra kraften och energitätheten hos en kondensator, " de säger.

Forskarna fokuserade sin uppmärksamhet på zinkjonkondensatorer. Denna celltyp består av en zinkmetallanod och en katod gjord av nanofibrer av titannitrid. Nanofibrerna är robusta, och deras porösa yta tillåter elektrolyten att infiltrera. Forskarna hävdar att elektrolytanjonerna, när den är fäst vid titannitridytan, göra materialet mer ledande. Dessutom, de adsorberade anjonerna kan direkt bidra till laddningsprocessen. Laddningen av hybridkondensatorn involverar extraktion av de interkalerade zinkjonerna.

Zhi och hans kollegor jämförde effekterna av tre elektrolytanjoner:sulfat, acetat, och klorid. De tittade på både deras bindning till elektrodytan och prestanda hos de elektrokemiska cellerna. Det var ett tydligt resultat.

Forskarna rapporterade att sulfatanjonerna stack ut bland de tre anjonerna. De observerade att celler baserade på en zinksulfatelektrolyt fungerade bäst, och sulfaterna band starkare till titannitridytan än de andra anjonerna. Dessutom, sulfatbehandlade elektroder visade lägst självurladdning. Författarna tillskrev fynden till de elektroniska effekterna av sulfat. Dess elektrondragande natur ger tät bindning till ytatomerna och förhindrar elektroden från att självurladdas, slutade författarna.

För en zink-sulfat-baserad zink-jon hybridkondensator, forskarna rapporterade högpresterande operation i mer än nio månader. Dessutom, dessa enheter är flexibla, vilket är särskilt användbart för bärbar elektronik. Forskarna testade enheten i en elektronisk klocka och fann utmärkt prestanda.