En elbil förlitar sig för närvarande på ett komplext samspel mellan både batterier och superkapacitorer för att ge den energi den behöver för att kunna placera sig. Men kemister utvecklar ett nytt material som kan ändra det.
"Vårt material kombinerar det bästa av båda världarna - förmågan att lagra stora mängder elektrisk energi eller laddning, som ett batteri, och möjligheten att ladda och ladda ut snabbt, som en superkapacitor", säger William Dichtel, en kemiprofessor vid Nordväst Universitet som studerar kovalenta organiska ramar (COF).
Dichtel och hans forskargrupp har kombinerat en COF-en stark, styv polymer med ett överflöd av små porer som är lämpliga för att lagra energi - med ett mycket ledande material för att skapa den första modifierade redox-aktiva COF som stänger klyftan med andra äldre porösa kol- baserade elektroder.
"COFs är vackra strukturer med mycket löften, men deras konduktivitet är begränsad", säger Dichtel. "Det är det problem vi tar upp här. Genom att ändra dem - genom att lägga till attributet som de saknar - kan vi börja använda COF på ett praktiskt sätt. "
Och modifierade COF är kommersiellt attraktiva: COF är gjorda av billiga, lättillgängliga material, medan kolbaserade material är dyra att bearbeta och massproducerar.
En tidning från Dichtel och medförfattare från Northwestern och Cornell University framträder i tidningen ACS Central Science.
För att demonstrera det nya materialets möjligheter byggde forskarna en prototypenhet med en cellcellsbatteri som kan driva en ljusdiod för 30-sekunder.
Materialet har enastående stabilitet, som kan klara 10,000 laddning / urladdningscykler, rapporterar forskarna. De utförde också omfattande ytterligare experiment för att förstå hur COF och ledande polymer, kallad PEDOT, arbetar tillsammans för att lagra elektrisk energi.
Dichtel och hans lag gjorde materialet på en elektrodyta. Två organiska molekyler som är självmonterade och kondenserade till ett bikakliknande galler, ett 2D-lager staplat ovanpå varandra. In i gallrets hål eller porer deponerade forskarna den ledande polymeren.
Varje pore är bara 2.3 nanometer bred, men COF är full av dessa användbara porer, vilket skapar mycket yta i ett mycket litet utrymme. En liten del av det fluffiga COF-pulvret, som är tillräckligt för att fylla ett skottglas och väger samma som en dollarkonto, har ytan på en olympisk simning.
Den modifierade COF visade en dramatisk förbättring av dess förmåga att både lagra energi och att snabbt ladda och ladda ur anordningen. Materialet kan lagra ungefär 10 gånger mer elektrisk energi än omodifierad COF, och det kan få den elektriska laddningen in och ut från enheten 10 till 15 gånger snabbare.
"Det var ganska fantastiskt att se denna prestationsvinst," säger Dichtel. "Denna forskning kommer att vägleda oss när vi undersöker andra modifierade COF och arbetar för att hitta de bästa materialen för att skapa nya elenergilagringsenheter."
National Science Foundation, Camille och Henry Dreyfus Foundation, och US Army Research Office stödde forskningen.
Källa: Northwestern University
relaterade böcker
at InnerSelf Market och Amazon
