Une percée dans le domaine des supercondensateurs hybrides a été réalisée en augmentant la matière active dans les électrodes grâce à une nouvelle méthode impliquant le β-Ni(OH)2 et le NH4F. Cette innovation conduit à un stockage d’énergie plus efficace, ouvrant de nouvelles possibilités pour les systèmes énergétiques avancés. Crédit : Issues.fr.com
De nouvelles recherches améliorent les supercondensateurs hybrides en créant des électrodes plus efficaces, marquant ainsi une avancée significative dans la technologie du stockage d’énergie.
Comme les batteries, les supercondensateurs sont un type de dispositif de stockage d’énergie. Cependant, alors que les batteries stockent l’énergie de manière électrochimique, les supercondensateurs stockent l’énergie de manière électrostatique, grâce à l’accumulation de charge sur la surface de leurs électrodes.
Les supercondensateurs hybrides (HSC) combinent les avantages des deux systèmes en incorporant des électrodes de type batterie et de type condensateur. Malgré les techniques de synthèse qui permettent aux composants actifs des électrodes HSC de croître directement sur des substrats conducteurs sans liants ajoutés (électrodes « autoportantes »), la fraction de matière active dans ces électrodes est restée trop faible pour les besoins commerciaux.
Aujourd’hui, les chercheurs ont trouvé un moyen astucieux d’augmenter le rapport masse active afin d’obtenir des améliorations spectaculaires des mesures clés.
Schéma de l’appareil. Crédit : Vinod Panwar et Pankaj Singh Chauhan
Percée dans l’efficacité des électrodes de supercondensateur
« Les supercondensateurs hybrides intègrent les avantages d’une densité d’énergie et de puissance élevée, d’une longue durée de vie et d’une sécurité, et sont apparus comme une frontière prometteuse dans le stockage électrochimique de l’énergie », a déclaré le premier auteur de l’étude, Wei Guo, scientifique à l’Université polytechnique du Nord-Ouest en Chine.
« Dans notre article, nous proposons un nouveau mécanisme pour créer une famille polyvalente de superstructures bidimensionnelles qui surmontent le faible rapport de masse active traditionnel des électrodes autoportantes. »
Nouvelle méthodologie et résultats
Ici, les chercheurs ont étudié une forme d’hydroxyde de nickel, le β-Ni(OH)2, qui cristallise à partir d’une solution en structures minces en forme de plaque sur un substrat en fibre de carbone. Ajout de NH4F dans la solution réactionnelle remplace un ion hydroxyde par un ion fluorure. Les plaques Ni-F-OH résultantes ont atteint une épaisseur de 700 nm et présentaient une charge massique élevée (masse active par cm2) de 29,8 mg cm-2— jusqu’à 72 % de la masse de l’électrode.
Un certain nombre d’analyses théoriques et expérimentales, notamment la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) sur les lignes de lumière Advanced Light Source (ALS) 7.3.1 et 8.0.1, et la microscopie à rayons X à transmission par balayage (STXM) sur la ligne de lumière 5.3.2.2, ont été réalisées. utilisé pour comprendre le mécanisme sous-jacent à la nouvelle morphologie.
Les résultats ont révélé que le F ajouté– les ions ajustent l’énergie de surface des plaques (un facteur majeur dans la croissance des nanocristaux), tandis que NH4+ ions consommés en excès d’OH local–supprimant la reformation du β-Ni (OH) indésirable2 phase. De plus, sur la base de la même méthodologie, les chercheurs ont pu produire d’autres superstructures bimétalliques et leurs dérivés, signalant l’émergence d’une nouvelle famille polyvalente d’hydroxydes à base de métaux pour de nouveaux systèmes de stockage d’énergie afin de répondre aux demandes futures.
