Lagermaterial har fått stor uppmärksamhet som lovande elektrodmaterial för olika energilagringssystem, inklusive batterier och superkondensatorer. Dessa material kännetecknas av sina unika tvådimensionella strukturer, bestående av staplade lager med interkalationsplatser mellan dem. Vattenmolekyler, på grund av sin ringa storlek, polaritet och förmåga att bilda vätebindningar, kan effektivt interkaleras i dessa skiktade strukturer och avsevärt påverka materialets jonlagringsförmåga. Så här kan vatteninkorporering påverka jonlagring:

1. Interkalering Pseudokapacitans:Vattenmolekyler kan interkalera in i mellanskiktsutrymmena av skiktade material och delta i laddningslagring genom en process som kallas interkalationspseudokapacitans. Under laddningsprocessen genomgår vattenmolekyler faradaiska redoxreaktioner vid elektrodytan, vilket bidrar till materialets totala kapacitans.

2. Förbättrad jonledningsförmåga:Interkalering av vattenmolekyler kan avsevärt förbättra jonledningsförmågan hos skiktade material. Vattenmolekyler, som är polära, underlättar rörelsen av joner inom elektrodstrukturen. Denna förbättrade jontransport möjliggör snabbare laddningsöverföring och minskar det interna motståndet hos elektroden, vilket resulterar i bättre hastighetskapacitet och effekttäthet.

3. Strukturell modifiering:Närvaron av vattenmolekyler kan inducera strukturella förändringar eller fasövergångar i skiktade material. Dessa strukturella modifieringar kan skapa ytterligare aktiva platser för joninterkalering och förbättra elektrolytjonernas tillgänglighet på elektrodytan.

4. Solvatiseringseffekter:Vattenmolekyler kan lösa joner i elektrolyten, vilket minskar deras elektrostatiska interaktioner och underlättar deras transport. Denna solvatiseringseffekt förbättrar jonrörligheten och förbättrar jondiffusionskinetiken i elektrodmaterialet.

5. Pseudokapacitiva faradaiska reaktioner:I vissa skiktade material kan vattenmolekyler delta i pseudokapacitiva faradaiska reaktioner, vilket bidrar till den totala laddningslagringskapaciteten. Dessa reaktioner involverar oxidation och reduktion av vattenmolekyler, vilket leder till ytterligare pseudokapacitiva bidrag.

Det är dock viktigt att notera att vatteninkorporering också kan ha vissa nackdelar, såsom elektrodnedbrytning på grund av strukturell instabilitet eller elektrolytnedbrytning. Därför är noggranna överväganden och optimering nödvändiga för att balansera de positiva och negativa effekterna av vatteninkorporering i skiktade material för jonlagringstillämpningar.