Breaking Supercapacitor Symmetry Enhances Electrochemical Carbon Dioxide Capture

超级电容器 二氧化碳 电化学 材料科学 对称(几何) 化学工程 纳米技术 化学 电极 工程类 有机化学 物理化学 数学 几何学
作者
Zhen Xu,Xinyu Liu,Grace Mapstone,Zeke Coady,Carol A. Seymour,Sven Wiesner,Svetlana Menkin,Alexander C. Forse
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-qf2nx
摘要

Electrochemical CO2 capture using supercapacitors offers an energy-efficient approach for mitigating CO2 emissions, but its performance is thought to be hindered by competing CO2 capture and release processes at two identical porous carbon electrodes. To address this, we introduce an asymmetric supercapacitor-battery hybrid system with porous carbon and non-porous metallic zinc as the working and counter electrodes, respectively. The CO2 capture capacity continuously increases as the charging rate decreases with a maximum capacity of 208 mmolCO2 kg–1, surpassing that of an analogous symmetric supercapacitor. Our findings suggest that breaking device symmetry enhances CO2 uptake in capacitive systems by suppressing competing processes, while the non-capacitive zinc counter electrode simplifies the mechanistic picture of capacitive CO2 capture. Extending this approach, we develop asymmetric supercapacitors with two different porous carbon electrodes, demonstrating a 200% increase in CO2 capture capacities at low charging rates. Summarizing, this study pioneers asymmetric systems for electrochemical CO2 capture and establishes a general strategy to enhance both understanding and performance.

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