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Die Vorteile der Verwendung von nanostrukturierten Materialien zur elektrochemischen Energiespeicherung konzentrierten sich größtenteils auf die Vorteile, die mit kurzen Weglängen verbunden sind. In diesem Papier betrachten wir einen weiteren Beitrag, nämlich die kapazitiven Effekte, die bei nanoskaligen Dimensionen zunehmend wichtig werden. Nanokristallines TiO2 (Anatas) wurde über ein Dimensionsregime untersucht, in dem sowohl kapazitive als auch Lithiuminterkalationsprozesse zur insgesamt gespeicherten Ladung beitragen. Eine Analyse der voltammetrischen Sweep-Daten wurde verwendet, um die Menge der gespeicherten Ladung durch diese beiden Prozesse zu unterscheiden. Bei Partikelgrößen unter 10 nm wurden die kapazitiven Beiträge zunehmend wichtiger, was zu größeren Mengen an insgesamt gespeicherter Ladung (gravierend normalisiert) bei abnehmender TiO2-Partikelgröße führte. Die areasnormierte Kapazität wurde mit deutlich über 100 μF/cm2 bestimmt, was bestätigt, dass der kapazitive Beitrag pseudokapazitiv ist. Darüber hinaus führte die Verkleinerung der Partikelgröße auf den Nanoskalierungsbereich zu schnelleren Lade-/Entladegeschwindigkeiten, da der diffusionskontrollierte Lithiumioneninterkalationsprozess durch faradaische Reaktionen ersetzt wurde, die an der Oberfläche des Materials auftreten. Die Vorteile der Ladungsspeicherung und Kinetik, die sich aus der Verwendung von nanoskaligen Metalloxiden ergeben, bieten eine interessante Richtung für das Design von Materialien, die sowohl Leistungsdicht als auch Energiedichte bieten.
Wang et al. (Di.), untersuchten diese Frage.