De nouvelles recherches améliorent les supercondensateurs hybrides en créant des électrodes plus efficaces, marquant une avancée majeure dans la technologie du stockage d’énergie. Comme les batteries, les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d’énergie. Cependant, les batteries stockent l’énergie de manière électrochimique, tandis que les supercondensateurs stockent l’énergie de manière électrostatique, c’est-à-dire en accumulant des charges à la surface de l’électrode.
Les supercondensateurs hybrides (HSC) combinent des électrodes de type batterie et des électrodes de type condensateur, combinant ainsi les avantages des deux systèmes. Bien que les techniques de synthèse permettent de faire croître les principes actifs des électrodes HSC directement sur des substrats conducteurs sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des liants (électrodes "autoportantes"), la proportion de matériaux actifs dans ces électrodes est encore trop faible pour répondre aux besoins commerciaux.
Aujourd’hui, les chercheurs ont trouvé un moyen ingénieux d’augmenter le ratio de substances actives afin d’obtenir des améliorations significatives des paramètres clés.
"Les supercondensateurs hybrides combinent les avantages d'une densité d'énergie et de puissance élevée, d'une longue durée de vie et d'une sécurité, et sont devenus une technologie de pointe prometteuse dans le domaine du stockage électrochimique de l'énergie", a déclaré Guo Wei, premier auteur de l'étude et scientifique à l'Université polytechnique du Nord-Ouest en Chine. "Dans notre article, nous proposons un nouveau mécanisme pour créer une famille de superstructures bidimensionnelles multifonctionnelles qui surmontent le faible rapport actif/masse des électrodes autoportantes traditionnelles."
Dans cet article, les chercheurs ont étudié le β-Ni(OH)2, une forme d’hydroxyde de nickel qui peut cristalliser à partir d’une solution en structures minces en forme de plaque sur des substrats en fibre de carbone. L’ajout de NH4F à la solution réactionnelle peut remplacer un ion hydroxyde par un ion fluorure. Une plaque Ni-F-OH d'une épaisseur de 700 nm est générée, avec une charge massique (masse active par centimètre carré) pouvant atteindre 29,8 mg cm-2, représentant 72 % de la masse de l'électrode.
Pour comprendre le mécanisme de formation de la nouvelle morphologie, les chercheurs ont mené une série 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.
Les résultats montrent que les ions F- ajoutés modulent l'énergie de surface de la plaque (un facteur majeur dans la croissance des nanocristaux), tandis que les ions NH4+ consomment l'excès d'OH- local, inhibant la reformation de la phase β-Ni(OH)2 indésirable. De plus, sur la base de la même méthode, les chercheurs peuvent également préparer d’autres superstructures bimétalliques et leurs dérivés, ce qui marque l’émergence d’une nouvelle famille d’hydroxydes métalliques multifonctionnels pouvant être utilisés dans de nouveaux systèmes de stockage d’énergie pour répondre aux besoins futurs.
Source compilée : ScitechDaily