Symmetrizing cathode-anode response to speed up charging of nanoporous supercapacitors

超级电容器 阳极 阴极 纳米孔 电容 材料科学 离子 电极 纳米技术 功率密度 扩散 化学物理 光电子学 化学 功率(物理) 物理 热力学 物理化学 有机化学
作者
Tangming Mo,Liang Zeng,Zhenxiang Wang,Svyatoslav Kondrat,Guang Feng
出处
期刊:Green Energy & Environment [Elsevier]
卷期号:7 (1): 95-104 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.gee.2021.05.001
摘要

Asymmetric behaviors of capacitance and charging dynamics in the cathode and anode are general for nanoporous supercapacitors. Understanding this behavior is essential for the optimal design of supercapacitors. Herein, we perform constant-potential molecular dynamics simulations to reveal asymmetric features of porous supercapacitors and their effects on capacitance and charging dynamics. Our simulations show that, counterintuitively, charging dynamics can be fast in pores providing slow ion diffusion and vice versa. Unlike electrodes with single-size pores, multi-pore electrodes show overcharging and accelerated co-ion desorption, which can be attributed to the subtle interplay between the dynamics and charging mechanisms. We find that capacitance and charging dynamics correlate with how the ions respond to an applied cell voltage in the cathode and anode. We demonstrate that symmetrizing this response can help boost power density, which may find practical applications in supercapacitor optimization.
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