Cátodo y ánodo de nanoesfera de carbono hueco con conformación retorcida para alta densidad de energía y almacenamiento de energía híbrido de carga ultrarrápida

Las baterías de iones de litio y los pseudocondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía electroquímicos populares para muchas aplicaciones en la actualidad, pero sus cátodos y ánodos todavía están limitados para acomodar iones redox ricos, no solo para alta densidad de energía, sino también para difusividad de iones lentos y conductividad de electrones pobre, que dificulta la recarga rápida. Aquí informamos una estrategia para realizar cátodos y ánodos de alta capacidad/alta velocidad como solución a este desafío. Las nanoesferas de carbono huecas (HC) conductoras multiporosas con cubiertas microporosas para alta capacidad y núcleos huecos/cubiertas mesoporosas para una rápida transferencia de iones se sintetizan como materiales de cátodo utilizando resinas unitarias quinoide:bencenoide (Q:B) con una conformación retorcida, lo que da como resultado aproximadamente 5- fold da como resultado mayores capacidades que las resinas bencenoide:bencenoide con conformación lineal. Además, las nanoesferas Q:B HC incrustadas en Ge se derivan como materiales de ánodo. La configuración atómica y el mecanismo de almacenamiento de energía apoyan la existencia de GeO mononuclear_X Dispositivos que producen aproximadamente 7 veces más difusividad de iones que el Ge a granel mientras suprimen los cambios de volumen durante ciclos largos de inserción/deserción de iones. Además, los dispositivos híbridos de almacenamiento de energía con un cátodo Q:B-HC y un ánodo Ge-Q:B-HC aprovechan los cátodos de tipo capacitor y los ánodos de tipo batería, como se refleja en una alta densidad de energía compatible con baterías (hasta a 285 Wh kg^-1) y densidad de potencia recargable ultrarrápida compatible con condensadores (hasta 22 600 W kg^-1), lo que permite la carga en un minuto.