새로운 연구에서는 보다 효율적인 전극을 생성하여 하이브리드 슈퍼커패시터를 향상시켜 에너지 저장 기술의 중요한 진전을 이루었습니다. 배터리와 마찬가지로 슈퍼커패시터는 에너지 저장 장치입니다. 그러나 배터리는 전기화학적으로 에너지를 저장하는 반면, 슈퍼커패시터는 정전기적으로, 즉 전극 표면에 전하를 축적하여 에너지를 저장합니다.
하이브리드 슈퍼커패시터(HSC)는 배터리형 전극과 커패시터형 전극을 결합하여 두 시스템의 장점을 결합합니다. 합성 기술을 통해 HSC 전극의 활성 성분이 바인더를 추가할 필요 없이 전도성 기판에서 직접 성장할 수 있지만("자립형" 전극), 이러한 전극에서 활성 물질의 비율은 여전히 상업적 요구를 충족하기에는 너무 낮습니다.
이제 연구자들은 활성 물질의 비율을 높여 주요 지표를 크게 개선하는 독창적인 방법을 발견했습니다.
이번 연구의 제1저자이자 중국 노스웨스턴 폴리텍 대학교(Northwestern Polytechnical University)의 과학자인 궈 웨이(Guo Wei)는 “하이브리드 슈퍼커패시터는 높은 에너지 및 전력 밀도, 긴 사이클 수명 및 안전성의 장점을 결합하여 전기화학 에너지 저장 분야에서 유망한 최첨단 기술이 되었습니다.”라고 말했습니다. "우리 논문에서 우리는 전통적인 자립 전극의 낮은 활성 대 질량 비율을 극복하는 다기능 2차원 상부 구조 제품군을 만드는 새로운 메커니즘을 제안합니다."
본 논문에서 연구진은 용액에서 탄소 섬유 기판의 얇은 판형 구조로 결정화될 수 있는 니켈 수산화물 형태인 β-Ni(OH)2를 연구했습니다. 반응 용액에 NH4F를 첨가하면 수산화물 이온을 불화물 이온으로 대체할 수 있습니다. 700 nm 두께의 Ni-F-OH 플레이트가 생성되었으며, 질량 부하(제곱 센티미터당 활성 질량)는 전극 질량의 72%를 차지하는 29.8 mg cm-2에 달합니다.
새로운 형태의 형성 메커니즘을 이해하기 위해 연구진은 ALS(Advanced Light Source) 7.3.1 및 8.0.1 빔라인의 X선 흡수 분광법(XAS)과 5.3.2.2 빔라인의 주사 투과 X선 현미경(STXM)을 포함한 일련의 이론적 및 실험적 분석을 수행했습니다.
결과는 첨가된 F- 이온이 플레이트의 표면 에너지(나노 결정 성장의 주요 요인)를 조절하는 반면 NH4+ 이온은 과도한 국지적 OH-를 소비하여 바람직하지 않은 β-Ni(OH)2 상의 재형성을 억제한다는 것을 보여줍니다. 또한, 동일한 방법을 기반으로 연구자들은 미래의 요구 사항을 충족하기 위해 새로운 에너지 저장 시스템에 사용할 수 있는 새로운 다기능 금속 기반 수산화물 제품군의 출현을 나타내는 다른 바이메탈 상부 구조 및 그 파생물도 준비할 수 있습니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily