Электрический автомобиль в настоящее время опирается на сложное взаимодействие как батарей, так и суперконденсаторов, чтобы обеспечить энергию, в которой он должен идти. Но химики разрабатывают новый материал, который может изменить это.
«Наш материал сочетает в себе лучшее из обоих миров: способность хранить большое количество электроэнергии или заряда, как аккумулятор, и способность быстро заряжать и разряжать, например суперконденсатор», - говорит Уильям Дихтель, профессор химии в Северо-западном университете который изучает ковалентные органические структуры (COFs).
Дихтел и его исследовательская группа объединили COF - сильный, жесткий полимер с обилием крошечных пор, пригодных для хранения энергии, - с очень проводящим материалом для создания первого модифицированного окислительно-восстановительного COF, который закрывает зазор с другими более старыми пористыми углерод- основанных на электродах.
«COF - прекрасные структуры с большим количеством обещаний, но их проводимость ограничена», - говорит Дихтел. «Это проблема, которую мы рассматриваем здесь. Модифицируя их, добавив атрибут, который им не хватает, мы можем начать использовать COF на практике ».
И модифицированные COF являются коммерчески привлекательными: COF изготавливаются из недорогих, легко доступных материалов, в то время как материалы на основе углерода дороги для обработки и массового производства.
В журнале появилась статья Дихтеля и соавторов из Северо-Западного и Корнелльского университетов Центральная наука ACS.
Чтобы продемонстрировать возможности нового материала, исследователи построили прототип устройства для монетных батарей, способного приводить в действие светодиод для 30 секунд.
Исследователи сообщают, что материал обладает исключительной стабильностью, способной к циклам заряда / разряда 10,000. Они также провели обширные дополнительные эксперименты, чтобы понять, как COF и проводящий полимер, называемый PEDOT, работают вместе для хранения электрической энергии.
Дихтел и его команда изготовили материал на поверхности электрода. Две органические молекулы собраны и сконденсированы в сотообразную сетку, один слой 2D уложен поверх другого. В отверстия сетки или поры исследователи наложили проводящий полимер.
Каждая порода имеет ширину всего 2.3 нанометров, но COF заполнена этими полезными порами, создавая большую площадь поверхности в очень маленьком пространстве. Небольшое количество пушистого порошка COF, достаточного для заполнения стаканом и весом такого же, как долларовый банк, имеет площадь олимпийского бассейна.
Модифицированный COF показал резкое улучшение его способности как хранить энергию, так и быстро заряжать и разряжать устройство. Материал может хранить примерно в 10 раз больше электрической энергии, чем немодифицированный COF, и он может получить электрический заряд в и из устройства 10 до 15 раз быстрее.
«Было очень приятно видеть, что это увеличение производительности», - говорит Дихтель. «Это исследование поможет нам, когда мы исследуем другие модифицированные COF и работаем над поиском лучших материалов для создания новых устройств хранения электроэнергии».
Национальный исследовательский фонд, Фонд Камиллы и Генри Дрейфуса и Исследовательский офис армии США поддержали исследование.
Источник: Северо-Западного университета
Книги по этой теме
at Внутренний рынок самовыражения и Amazon
