"On the molecular origin of supercapacitance in nanoporous carbon electrodes". C. Merlet, B. Rotenberg, P. A. Madden, P. L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi, M. Salanne. NATURE MATERIALS. In press.
DOI: 10.1038/nmat3260
Lightweight, low-cost supercapacitors with the capability of rapidly
storing a large amount of electrical energy can contribute to meeting
continuous energy demands and effectively levelling the cyclic nature of
renewable energy sources. The excellent electrochemical performance of supercapacitors is due to a reversible ion adsorption in porous carbon
electrodes. Recently, it was demonstrated that ions from the
electrolyte could enter sub nanometre pores, greatly increasing the
capacitance.
However, the molecular mechanism of this enhancement remains poorly
understood. Here we provide the first quantitative picture of the
structure of an ionic liquid adsorbed inside realistically modelled
microporous carbon
electrodes. We show how the separation of the positive and negative
ions occurs inside the porous disordered carbons, yielding much higher
capacitance values (125 F g−1) than with simpler electrode geometries.
The proposed mechanism opens the door for the design of materials with
improved energy storage capabilities. It also sheds new light on
situations where ion adsorption in porous structures or membranes plays a
role.
Los supercapacitores ligeros de bajo costo, con la capacidad de almacenar rápidamente una gran cantidad de energía eléctrica, pueden contribuir a solventar las continuas demandas energía y a elevar de forma efectiva la naturaleza cíclica de las fuentes de energía renovables. El excelente desempeño electroquímico de los supercapacitores se debe a una adsorción reversible de iones en electrodos porosos de carbono. Recientemente se ha demostrado que los iones del electrolito podrían entrar en poros de dimensiones subnanométricas, incrementando notablemente la capacitancia. Sin embargo, el mecanismo molecular de este incremento todavía se entiende poco. Aquí se provee de un primer esbozo cuantitativo de la estructura de un líquido iónico adsorbido dentro de electrodos microporosos de carbono modelados como electrodos reales. Se muestra como la separación de iones positivos y negativos ocurre dentro de carbono poroso desordenado, dando lugar a valores de capacitancia mucho mayores (125 F g−1) a los correspondientes a electrodos con geometrías simples. El mecanismo propuesto abre la puerta para el diseño de materiales con capacidades de almacenamiento de energía mejoradas. También proporciona un nuevo punto de vista a situaciones en las que hay adsorción de iones en estructuras porosas o en membranas.
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