Los condensadores electroquímicos de doble capa (EDLC), también conocidos como supercondensadores, almacenan energía mediante la atracción electrostática reversible de iones electrolíticos en electrodos de carbono de alta superficie. Dado que la limitación de la cinética de transferencia de carga tipo batería no está involucrada, los supercondensadores pueden operar a tasas de carga y descarga muy altas en pocos segundos con una excelente ciclabilidad de más de un millón de ciclos, lo que los hace útiles en una amplia gama de aplicaciones de energía.

El grafeno con su área de superficie específica teórica alta de 2630 m 2 / gy capacidad teórica de hasta 550 F / g ya ha atraído gran atención para las aplicaciones de super condensadores. Sin embargo, para los materiales a base de grafeno, el mecanismo de separación de carga dinámica de la interfaz de grafeno / electrolito no se conoce bien, lo que dificulta el desarrollo de electrodos de grafeno bidimensionales o tridimensionales de alto rendimiento.

Recientemente, el equipo dirigido por el profesor ZHU Yanwu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia de Ciencias de China descubrió que una desorción de especies iónicas con carga positiva y una reorganización de iones dominan la carga de doble capa durante las polarizaciones positivas y negativas, respectivamente, lo que lleva al aumento de la capacitancia eléctrica de doble capa (EDL) con potencial aplicado.
El estudio fue publicado en el Journal of the American Chemical Society ( «Mecanismos de almacenamiento de carga de grafeno de una sola capa en líquido iónico» ).

Los investigadores utilizaron la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y la microbalanza electroquímica de cristales de cuarzo (EQCM) para caracterizar los flujos iónicos y la adsorción en grafeno de capa única en electrolito líquido iónico puro (EMI-TFSI). Entregaron una demostración cualitativa de la combinación de EQCM y grafeno de capa única (SLG) en EMI-TFSI puro. Al escanear desde el potencial de carga cero (PZC) hacia la carga positiva, se expulsaron especies iónicas cargadas positivamente. Sin embargo, de PZC a carga negativa, la orientación de los iones cambió, lo que resultó en un empaque más compacto.

Estos resultados sugirieron un proceso de carga dominado por iones unidos a la superficie en SLG en IL puro, que es completamente diferente al de los carbonos porosos, y resaltaron el importante papel de las correlaciones electrostáticas en los flujos iónicos y la separación de iones en una interfaz de carbono no porosa, introducida por la fuerza de Coulombic de largo alcance.

En colaboración con el grupo francés Patrice Simon, el equipo también estudió la respuesta cinética del electrolito líquido iónico (EMI-TFSI) en la superficie del grafeno de una sola capa in situ mediante espectroscopía de impedancia electroquímica combinada con un sistema electroquímico de microbalanza de cristal de cuarzo.

Descubrieron que en el intervalo de anodización de grafeno, el almacenamiento de carga está dominado por la desorción de iones de racimo cargados positivamente, y en la región de polarización negativa, la calidad superficial del grafeno cambia poco. Los resultados mostraron el efecto de reordenamiento de iones en la superficie. A medida que aumenta el potencial aplicado, los dos tipos de respuestas de interfaz dominan los cambios en la doble capa eléctrica, lo que resulta en un aumento en la capacitancia eléctrica de doble capa.

Este estudio proporciona una base para una mayor comprensión de la estructura de la interfaz de grafeno-electrolito y el almacenamiento de energía de doble capa de grafeno. Se necesitan más investigaciones para permitir una mejor comprensión de la respuesta de capacitancia detallada en la interfaz de grafeno / líquido iónico.