Supercondensadores cerámicos de estado sólido de alto rendimiento basados en el nuevo electrolito compuesto líquido...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Almacenamiento de energía Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• La alta impedancia del límite de grano en los conductores superiónicos de sodio (NASICON) limita su aplicación en baterías de estado sólido y supercapacitores.
• El NZSP conductor de iones de sodio (Na_3.45Zr₂Si₂PO_12.225) es un material prometedor, pero su rendimiento se ve obstaculizado por la resistencia interfacial.

Objetivo del estudio:

• Investigar el uso de NZSP combinado con el líquido iónico 1-etil-3-metilimidazolio tetrafluoroborato (EMIMBF) para mejorar la conductividad iónica para supercondensadores de estado sólido (SSC).
• Evaluar el rendimiento electroquímico, la estabilidad y las capacidades operativas a altas temperaturas del electrolito compuesto NZSP-EMIMBF desarrollado en SSC.

Principales métodos:

• Síntesis de NZSP y electrolitos compuestos con diferentes porcentajes de peso de EMIMBF₄.
• Caracterización utilizando refinamiento Rietveld y difracción de rayos X de alta temperatura in situ.
• Fabricación de SSCs utilizando el electrolito optimizado y el carbón activado, seguido de ciclos galvanostáticos de carga y descarga y pruebas de rendimiento electroquímico.

Principales resultados:

• Una composición óptima de ∼12 wt% EMIMBF en NZSP logró una conductividad iónica de ∼2.2 × 10−3 Ω−1 cm−1, una mejora de casi tres órdenes de magnitud sobre el NZSP prístino.
• Los SSC optimizados demostraron una excelente estabilidad, conservando ~75% de capacidad después de 15.000 ciclos, con una capacidad específica de ~216 Fg-1 a 50 °C.
• Los dispositivos exhibían una alta potencia específica (~1970 W kg-1) y energía específica (~15 Wh kg-1), junto con un funcionamiento confiable a temperaturas elevadas (50 °C y 100 °C) y alimentaban un LED de 4 V.

Conclusiones:

• La incorporación de EMIMBF mejora significativamente la conductividad iónica y el rendimiento electroquímico de los electrolitos basados en NZSP para SSC.
• Los electrolitos de estado sólido desarrollados ofrecen una vía prometedora para aplicaciones de almacenamiento de energía estables, de alto rendimiento y de alta temperatura.
• El estudio demuestra la viabilidad práctica de estos SSC para alimentar dispositivos electrónicos de baja tensión.