Charge storage in nanoporous carbons: The molecular origin of supercapacitance
Stockage de charge dans les carbones nanoporeux : l’origine moléculaire de la supercapacité
Résumé
Supercapacitors are electric devices able to deliver a large power, enabling their use e.g. for the recovery of breaking energy in cars. This is achieved by using two carbon electrodes and an electrolyte solution or a pure ionic liquid (Room Temperature Ionic Liquid, RTIL). Energy is stored by the adsorption of ions at the surface of the electrodes, but the microscopic mechanism underlying the exceptional performance of Carbide Derived Carbon (CDC) electrodes remained unknown. Using molecular simulation with realistic electrode structures and under constant voltage conditions, we investigate the effect of confinement and solvation on the microscopic charging mechanism. We further analyse the dynamics of the charging process and make the link with equivalent circuit models used by electrochemists.
Très performants en puissance, les supercondensateurs sont par exemple utilisés pour récupérer l'énergie de freinage dans certaines voitures ou tramways. Ils fonctionnent grâce à deux électrodes en carbone plongées dans une solution ionique ou un liquide ionique pur. C'est l'adsorption d'ions à la surface des électrodes qui permet de stocker l'électricité, mais le mécanisme microscopique à l'origine des performances exceptionnelles des carbones dérivés de carbures (CDC) pour le stockage de la charge restait à établir. Par simulation moléculaire d'électrodes de structure réaliste et maintenues à potentiel constant, nous étudions les effets du confinement et de la solvatation sur le mécanisme de charge. Nous précisons également la dynamique du processus de charge et faisons le lien avec les modèles utilisés par les électro-chimistes.
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