pseudocapacitieve

Pseudocapacitieve opslag is een type opslagmechanisme in elektrochemische condensatoren waarbij energie wordt opgeslagen via snelle, omkeerbare faradaïsche redoxreacties die plaatsvinden op of nabij het elektrodeoppervlak. Deze faradaire processen leveren aanvullende capaciteit boven de capaciteit die ontstaat door opslag in de elektrostatische dubbellaag. Pseudocapaciteit wordt vaak beschouwd als onderdeel van supercapacitors, naast de klassieke elektrochemische dubbellaadwerking, en biedt doorgaans hogere vermeende energiedichtheden bij snelle ladingsontladingen.

Mechanismen en materialen

Pseudocapacitieve opslag omvat verschillende snelle redoxprocessen die zich op of nabij het oppervlak afspelen. Voorbeelden zijn oppervlakteredoxreacties, adsorptie van ionen met elektronentransfer, en near-surface intercalatie. Typische materialen met pseudocapacitieve eigenschappen zijn onder meer geleidende polymeren (zoals polyaniline, polypyrrole en PEDOT) en overgangsmetalen oxiden (zoals RuO2, MnO2) of gecombineerde systemen op koolstofdragende substraten. Door combinatie met koolstofmaterialen kunnen hoge conductiviteit en porositeit worden behouden terwijl de pseudocapacitieve respons wordt vergroot.

Karakterisering en prestaties

Pseudocapacitieve systemen tonen vaak een combinatie van quasi-rectangulaire cyclovoltammetrieën en brede redoxpieken of -bumps, afhankelijk van de aard van de materialeneigenschappen. In galvanostatisch laad-ontladinggedrag gelden afwijkingen van ideale driehoeksvormen als indicator van Faradaire processen. Specifice capacitatiemetingen voor pseudocapacitieve materialen variëren sterk: MnO2-achtige systemen leveren doorgaans tientallen tot honderden F/g op, terwijl RuO2 hogere waarden tot ongeveer 1000 F/g kan bereiken, zij het tegen hogere kosten.

Toepassingen en overwegingen

Pseudocapacieve opslag vindt toepassing in hybride en supercapacitor-omgevingen waar zowel hoog vermogen als verhoogde energiedichtheid gewenst zijn. Nadeel- en aandachtspunten zijn onder meer stabiliteit van bepaalde polymeren bij cyclische belasting en de beperkte intrinsieke geleidbaarheid van sommige pseudocapacitieve materialen, wat vaak wordt aangepakt met geïntegreerde structuren en additieven.