Een elektrische auto is momenteel afhankelijk van een complex samenspel van zowel batterijen als supercondensatoren om de energie te leveren die nodig is om naar plaatsen te gaan. Maar chemici ontwikkelen een nieuw materiaal dat daar verandering in kan brengen.
"Ons materiaal combineert het beste van beide werelden: het vermogen om grote hoeveelheden elektrische energie op te slaan of op te laden, zoals een batterij, en het vermogen om snel op te laden en te ontladen, zoals een supercondensator," zegt William Dichtel, hoogleraar scheikunde aan de Northwestern University die covalente organische raamwerken (COF's) bestudeert.
Dichtel en zijn onderzoeksteam hebben een COF gecombineerd - een sterk, stijf polymeer met een overvloed aan kleine poriën die geschikt zijn voor het opslaan van energie - met een zeer geleidend materiaal om de eerste gemodificeerde redoxactieve COF te maken die de kloof met andere oudere poreuze koolstof dichtmaakt op basis van elektroden.
"COF's zijn prachtige structuren met veel belofte, maar hun geleidbaarheid is beperkt", zegt Dichtel. "Dat is het probleem dat we hier aanpakken. Door ze aan te passen - door het kenmerk toe te voegen dat ze missen - kunnen we COF's op een praktische manier gaan gebruiken. "
En gemodificeerde COF's zijn commercieel aantrekkelijk: COF's zijn gemaakt van goedkope, gemakkelijk verkrijgbare materialen, terwijl materialen op basis van koolstof duur zijn in het verwerken en massaproductie.
Een artikel van Dichtel en coauteurs van Northwestern en Cornell University verschijnt in het tijdschrift ACS Central Science.
Om de mogelijkheden van het nieuwe materiaal te demonstreren, bouwden de onderzoekers een prototype-apparaat met knoopcelbatterij dat in staat is om een lichtgevende diode gedurende 30 seconden aan te sturen.
Het materiaal heeft een uitstekende stabiliteit, geschikt voor 10,000 laad- / ontlaadcycli, rapporteren de onderzoekers. Ze voerden ook uitgebreide aanvullende experimenten uit om te begrijpen hoe de COF en het geleidende polymeer, PEDOT genaamd, samenwerken om elektrische energie op te slaan.
Dichtel en zijn team maakten het materiaal op een elektrodeoppervlak. Twee organische moleculen, zelf samengevoegd en gecondenseerd tot een honingraatachtig raster, één 2D-laag op elkaar gestapeld. In de gaten of poriën van het raster deponeerden de onderzoekers het geleidende polymeer.
Elke porie is alleen 2.3 nanometers breed, maar de COF zit vol met deze nuttige poriën, waardoor er veel oppervlak in een zeer kleine ruimte ontstaat. Een kleine hoeveelheid van het zachte COF-poeder, net genoeg om een borrelglas te vullen en hetzelfde gewicht te wegen als een dollarbiljet, heeft het oppervlak van een olympisch zwembad.
De gemodificeerde COF toonde een dramatische verbetering in zijn vermogen om zowel energie op te slaan als om het apparaat snel op te laden en te ontladen. Het materiaal kan ongeveer 10 keer meer elektrische energie opslaan dan de niet-gemodificeerde COF, en het kan de elektrische lading 10 sneller en sneller van 15 naar XNUMX laten halen.
"Het was behoorlijk verbazingwekkend om deze prestatiewinst te zien", zegt Dichtel. "Dit onderzoek zal ons begeleiden als we andere gemodificeerde COF's onderzoeken en zoeken naar de beste materialen voor het maken van nieuwe opslagapparaten voor elektrische energie."
De National Science Foundation, de Camille en Henry Dreyfus Foundation en het US Army Research Office ondersteunden het onderzoek.
Bron: Northwestern University
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
