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Los pseudocondensadores almacenan energía eléctrica de forma faradaica mediante la transferencia de carga de electrones entre el electrodo y el electrolito . Esto se logra mediante electrosorción , reacciones de reducción-oxidación ( reacciones redox ) y procesos de intercalación , denominados pseudocapacitancia . [1] [2] [3] [4] [5]
Un pseudocondensador es parte de un condensador electroquímico y se forma junto con un condensador eléctrico de doble capa (EDLC) para crear un supercondensador .
La pseudocapacidad y la capacitancia de doble capa se suman para formar un valor de capacitancia común e inseparable de un supercondensador. Sin embargo, pueden ser efectivas con partes muy diferentes del valor de capacitancia total según el diseño de los electrodos. Una pseudocapacidad puede ser 100 veces mayor que una capacitancia de doble capa con la misma superficie de electrodo.
Un pseudocondensador tiene una reacción química en el electrodo, a diferencia de los EDLC donde el almacenamiento de carga eléctrica se almacena electrostáticamente sin interacción entre el electrodo y los iones. La pseudocapacitancia está acompañada por una transferencia de carga de electrones entre el electrolito y el electrodo que proviene de un ion desolvatado y adsorbido . Está involucrado un electrón por unidad de carga. El ion adsorbido no tiene reacción química con los átomos del electrodo (no surgen enlaces químicos [6] ) ya que solo tiene lugar una transferencia de carga. Un ejemplo es una reacción redox donde el ion es O 2+ y durante la carga, un electrodo alberga una reacción de reducción y el otro una reacción de oxidación. Bajo descarga, las reacciones se invierten.
A diferencia de las baterías, en la transferencia de carga de electrones faradaica los iones simplemente se adhieren a la estructura atómica de un electrodo. Este almacenamiento de energía faradaica con solo reacciones redox rápidas hace que la carga y descarga sean mucho más rápidas que las baterías.
Los pseudocondensadores electroquímicos utilizan electrodos de óxido metálico o polímero conductor con una gran cantidad de pseudocapacidad electroquímica. La cantidad de carga eléctrica almacenada en una pseudocapacidad es linealmente proporcional al voltaje aplicado . La unidad de pseudocapacidad es el faradio .
Brezesinki et al. demostraron que las películas mesoporosas de α -MoO 3 han mejorado el almacenamiento de carga debido a la inserción de iones de litio en los espacios de α -MoO 3 . Afirman que esta pseudocapacidad de intercalación tiene lugar en la misma escala de tiempo que la pseudocapacidad redox y brinda una mejor capacidad de almacenamiento de carga sin cambiar la cinética en MoO 3 mesoporoso . Este enfoque es prometedor para baterías con capacidad de carga rápida, comparable a la de las baterías de litio, [7] y es prometedor para materiales energéticos eficientes.
Otros grupos han utilizado películas delgadas de óxido de vanadio sobre nanotubos de carbono para pseudocondensadores. Kim et al. depositaron electroquímicamente V 2 O 5 · x H 2 O amorfo sobre una película de nanotubos de carbono. La estructura tridimensional del sustrato de nanotubos de carbono facilita una alta capacitancia específica de iones de litio y muestra una capacitancia tres veces mayor que el óxido de vanadio depositado sobre un sustrato de Pt típico. [8] Estos estudios demuestran la capacidad de los óxidos depositados para almacenar carga de manera efectiva en pseudocondensadores.
Los polímeros conductores, como el polipirrol (PPy) y el poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT), tienen una conductividad electrónica ajustable y pueden alcanzar altos niveles de dopaje con el contraión adecuado. Un pseudocondensador de polímero conductor de alto rendimiento tiene una alta estabilidad de ciclo después de someterse a ciclos de carga/descarga. Los enfoques exitosos incluyen la incrustación del polímero redox en una fase huésped (por ejemplo, carburo de titanio) para la estabilidad y el depósito de una capa carbonosa sobre el electrodo de polímero conductor. Estas técnicas mejoran la ciclabilidad y la estabilidad del dispositivo pseudocondensador. [9]