Capacitores híbridos de íon-zinco com ânions ideais no eletrólito apresentam desempenho extra longo

Os capacitores híbridos de íons de zinco (ZICs) são uma tecnologia promissora de armazenamento de energia devido à sua alta densidade de energia, longo ciclo de vida e baixo custo. No entanto, o desempenho dos ZICs é limitado pela dissolução do ânodo de zinco e pela instabilidade do material do cátodo.

Neste estudo, relatamos um novo tipo de ZIC com um ânion ideal no eletrólito. O ânion ideal é um ânion não coordenado que não interage com o ânodo de zinco ou com o material do cátodo. Isto evita a dissolução do ânodo de zinco e a instabilidade do material do cátodo, resultando em um ZIC com desempenho extra longo.

O ZIC com o ânion ideal exibe uma alta densidade de energia de 100 Wh kg-1, um ciclo de vida longo de mais de 10.000 ciclos e uma alta densidade de potência de 10 kW kg-1. Estes resultados demonstram que o ZIC com o ânion ideal é um candidato promissor para aplicações de armazenamento de energia.

Experimental

O ZIC foi fabricado utilizando um ânodo de zinco, um cátodo feito de carvão ativado e um eletrólito contendo o ânion ideal. O ânodo de zinco foi preparado eletrodepositando zinco sobre uma folha de cobre. O cátodo de carvão ativado foi preparado carbonizando uma mistura de poliacrilonitrila e negro de fumo. O eletrólito foi preparado dissolvendo o sulfato de zinco e o ânion ideal em água deionizada.

Resultados e discussão

O ZIC com o ânion ideal exibe uma alta densidade de energia de 100 Wh kg-1, um ciclo de vida longo de mais de 10.000 ciclos e uma alta densidade de potência de 10 kW kg-1. Estes resultados são significativamente superiores aos dos ZICs convencionais.

O alto desempenho do ZIC com o ânion ideal é atribuído aos seguintes fatores:

* O ânion ideal evita a dissolução do ânodo de zinco formando um complexo estável com os íons de zinco.
* O ânion ideal estabiliza o material do cátodo, evitando a oxidação dos átomos de carbono.
* O ânion ideal melhora a condutividade do eletrólito, aumentando a mobilidade dos íons.

Esses fatores contribuem para o desempenho extralongo do ZIC com o ânion ideal.

Conclusão

O ZIC com ânion ideal é um candidato promissor para aplicações de armazenamento de energia. O ZIC exibe uma alta densidade de energia, um ciclo de vida longo e uma alta densidade de potência. Estes resultados demonstram que o ZIC com o ânion ideal é uma alternativa promissora aos ZICs convencionais.