Los materiales en capas han atraído una gran atención como materiales de electrodos prometedores para diversos sistemas de almacenamiento de energía, incluidas baterías y supercondensadores. Estos materiales se caracterizan por sus estructuras bidimensionales únicas, que consisten en capas apiladas con sitios de intercalación entre ellas. Las moléculas de agua, debido a su pequeño tamaño, polaridad y capacidad para formar enlaces de hidrógeno, pueden intercalarse eficazmente en estas estructuras en capas e impactar significativamente la capacidad de almacenamiento de iones de los materiales. Así es como la incorporación de agua puede influir en el almacenamiento de iones:

1. Pseudocapacitancia de intercalación:las moléculas de agua pueden intercalarse en los espacios entre capas de materiales en capas y participar en el almacenamiento de carga a través de un proceso conocido como pseudocapacitancia de intercalación. Durante el proceso de carga, las moléculas de agua sufren reacciones redox faradaicas en la superficie del electrodo, lo que contribuye a la capacitancia general del material.

2. Conductividad iónica mejorada:la intercalación de moléculas de agua puede mejorar significativamente la conductividad iónica de materiales en capas. Las moléculas de agua, al ser polares, facilitan el movimiento de los iones dentro de la estructura del electrodo. Este transporte iónico mejorado permite una transferencia de carga más rápida y reduce la resistencia interna del electrodo, lo que resulta en una mejor capacidad de velocidad y densidad de potencia.

3. Modificación estructural:la presencia de moléculas de agua puede inducir cambios estructurales o transiciones de fase en materiales estratificados. Estas modificaciones estructurales pueden crear sitios activos adicionales para la intercalación de iones y mejorar la accesibilidad de la superficie del electrodo a los iones electrolitos.

4. Efectos de solvatación:Las moléculas de agua pueden solvatar iones en el electrolito, reduciendo sus interacciones electrostáticas y facilitando su transporte. Este efecto de solvatación mejora la movilidad iónica y mejora la cinética de difusión de iones dentro del material del electrodo.

5. Reacciones faradaicas pseudocapacitivas:en ciertos materiales en capas, las moléculas de agua pueden participar en reacciones faradaicas pseudocapacitivas, contribuyendo a la capacidad general de almacenamiento de carga. Estas reacciones implican la oxidación y reducción de moléculas de agua, lo que lleva a contribuciones pseudocapacitivas adicionales.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la incorporación de agua también puede tener algunos inconvenientes, como la degradación de los electrodos debido a la inestabilidad estructural o la descomposición del electrolito. Por lo tanto, es necesaria una cuidadosa consideración y optimización para equilibrar los efectos positivos y negativos de la incorporación de agua en materiales en capas para aplicaciones de almacenamiento de iones.