Advanced Redox Electrochemical Capacitor Diode (CAPode) Based on Parkerite (Ni3Bi2S2) with High Rectification Ratio for Iontronic Applications

材料科学 整改 二极管 电容器 电化学 氧化还原 光电子学 电极 电压 电气工程 物理化学 冶金 工程类 化学
作者
A. Bahrawy,Przemysław Galek,Christin Gellrich,Julia Grothe,Stefan Kaskel
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202405640
摘要

Abstract Recently, electrochemical capacitor diodes (CAPodes) have been introduced as a new type of capacitive diode analogues. This device realizes unidirectional charging of ultracapacitors based on ion sieving mechanisms. Here, a new redox CAPode system is presented in which hydroxide ions react with nickel bismuth sulfide on nickel foam as a battery‐like electrode. This redox reaction leads to a high capacitance in a specific polarization window. However, for reversed bias this Faradaic electrode becomes inactive as it does not react with potassium cations, resulting in efficient blocking. By adapting counter electrode materials, mass loading, utilized substrates, and electrolyte concentrations a very high rectification ratio ( R I = 37 and R II = 0.96 at 10 mV s −1 ) is achieved, significantly surpassing the performance of other reported redox‐type CAPodes. Moreover, this system shows an outstanding long‐term stability of a rectification retention of 90% for R II over 5000 repolarization cycles. Additionally, operando electrochemical measurements provide deep insights into the charge/discharge mechanism leading to a rationalization of the proposed concept. The integrated device, tested in logic gate circuits such as AND and OR gates, shows prospective results in ionologic applications.
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