Negative capacitance and instability at electrified interfaces: Lessons from the study of membrane capacitors

Open Access
Publisher Website
Google Scholar
Abstract
Various models leading to predictions of negative capacitance, C, are brieflyud reviewed. Their relation to the nature of electric control is discussed. Weud reconfirm that the calculated double layer capacitance can be negative underud σ-control – an artificial construct that requires uniform distribution ofud the electrode surface charge density, σ. However, only the total charge qud (or the average surface charge density σ) can be experimentally fixed inud isolated cell studies (q-control). For those σ where C becomes negativeud under σ-control, the transition to q-control (i.e. relaxing the lateral changeud density distribution, fixing its mean value to σ) leads to instability of the uniformud distribution and a transition to a non-uniform phase. As an illustration,ud a “membrane capacitor” model is discussed. This exactly solvable model,ud allowing for both uniform and inhomogeneous relaxation of the electricalud double layer, helps to demonstrate both the onset and some important featuresud of the instability. Possibilities for further development are discussedud briefly.Представлено короткий огляд моделей, які передбачають негативнуud ємність C. Обговорюється роль цих моделей у явищі електричногоud контролю. Ми ще раз показуємо, що розрахункова ємність подвійного шару може бути негативною завдяки σ-контролю – штучнійud конструкції, яка вимагає однорідного розподілу густини поверхневого заряду електрода, σ. Разом з тим, тільки загальний заряд q (або усереднена густина поверхневого заряду σ) може бутиud експериментально зафіксованою при дослідженні ізольованої комірки (q-контроль), Для значень σ, де C стає від’ємною в умовахud σ-контролю, перехід до q-контролю (тобто релаксація латеральноїud густини розподілу заряду шляхом фіксації її середнього значенняud до величини σ) веде до нестабільності однорідного розподілу іud переходу до неоднорідної фази. В якості ілюстрації розглядається модель “мембранного конденсатора”. Ця точно розв’язуванаud модель допускає як однорідну, так і неоднорідну релаксацію і такимud чином допомагає продемонструвати зародження і деякі важливіud риси нестабільності. Коротко обговорюються можливості подальших досліджень

This publication has 0 references indexed in Scilit: