Sähköauto perustuu tällä hetkellä sekä paristojen että superkondensaattorien monimutkaiseen vuorovaikutukseen, jotta saadaan energiaa, jota se tarvitsee paikoilleen. Mutta kemistit kehittävät uutta materiaalia, joka voisi muuttaa sitä.
"Materiaalimme yhdistää molempien maailmojen parhaat puolet - kyky tallentaa suuria määriä sähköenergiaa tai latausta, kuten akku, ja kyky ladata ja purkaa nopeasti, kuten superkondensaattori", sanoo William Dichtel, Northwestern Universityn kemian professori jotka tutkivat kovalenttisia orgaanisia kehyksiä (COF).
Dichtel ja hänen tutkimusryhmänsä ovat yhdistäneet COF: n - vahvan, jäykän polymeerin, jossa on runsaasti pieniä huokosia, jotka sopivat energian varastointiin - hyvin johtavalla materiaalilla ensimmäisen muunnetun redoksiaktiivisen COF: n luomiseksi, joka sulkee aukon muiden vanhempien huokoisten hiilen kanssa. perustuvat elektrodit.
"COF: t ovat kauniita rakenteita, joilla on paljon lupausta, mutta niiden johtavuus on rajallinen", Dichtel sanoo. ”Tämä on ongelma, johon me täällä puhumme. Muuttamalla niitä - lisäämällä niiden puuttuvan attribuutin - voimme aloittaa COF: ien käytön käytännössä. "
Ja modifioidut COF: t ovat kaupallisesti houkuttelevia: COF: itä valmistetaan edullisista, helposti saatavilla olevista materiaaleista, kun taas hiilipohjaiset materiaalit ovat kalliita prosessoida ja massatuotantoa.
Lehtiin ilmestyy Dichtelin ja Northwesternin ja Cornellin yliopiston osallistujat ACS Central Science.
Uuden materiaalin ominaisuuksien osoittamiseksi tutkijat rakensivat kolikkokenno-prototyyppilaitteen, joka kykenee antamaan valoa lähettävän diodin 30-sekunneille.
Materiaalilla on erinomainen vakaus, joka pystyy 10,000-lataus- / purkaussykleihin, tutkijat raportoivat. He suorittivat myös laajoja lisäkokeita ymmärtääkseen, miten COF ja johtava polymeeri, nimeltään PEDOT, toimivat yhdessä sähköenergian varastoimiseksi.
Dichtel ja hänen tiiminsä tekivät materiaalin elektrodin pinnalle. Kaksi orgaanista molekyyliä, jotka ovat itse koottuna ja tiivistyneet hunajakennoiseen verkkoon, yksi 2D-kerros, joka on pinottu toisen päälle. Verkon reikiin tai huokosiin tutkijat sijoittivat johtavan polymeerin.
Jokainen huokos on vain 2.3 nanometriä leveä, mutta COF on täynnä näitä hyödyllisiä huokosia, mikä luo paljon pinta-alaa hyvin pienessä tilassa. Pieni määrä pörröistä COF-jauhetta, juuri riittää täyttämään lasilasin ja painaa dollarin laskua, on olympia-altaan pinta-ala.
Modifioitu COF osoitti dramaattista parannusta sen kyvyssä säilyttää energiaa ja ladata ja purkaa laite nopeasti. Materiaali voi tallentaa noin 10-kertaisesti enemmän sähköenergiaa kuin modifioimaton COF, ja se voi saada sähköisen latauksen laitteesta 10 15-kertaa nopeammin ja ulos.
"Se oli melko hämmästyttävää nähdä tämä suorituskyvyn voitto", Dichtel sanoo. ”Tämä tutkimus ohjaa meitä, kun tutkimme muita muunnettuja COF-yhdisteitä ja löydämme parhaat materiaalit uusien sähköenergian tallennuslaitteiden luomiseksi.”
Tutkimusta tukivat National Science Foundation, Camille ja Henry Dreyfus -säätiö sekä Yhdysvaltain armeijan tutkimuskeskus.
Lähde: Northwestern University
Liittyvät kirjat
at InnerSelf Market ja Amazon
