전기 자동차는 현재 배터리와 수퍼 커패시터의 복잡한 상호 작용을 통해 필요한 에너지를 공급합니다. 그러나 화학자들은 그것을 변화시킬 수있는 새로운 물질을 개발하고 있습니다.

"우리의 소재는 슈퍼 커패시터처럼 전기 에너지 나 전하를 대량으로 저장할 수있는 능력과 배터리와 같은 급속 충전 및 방전 능력을 모두 갖추고 있습니다."라고 노스 웨스턴 대학교 (Northwestern University)의 화학 공학 교수 인 윌리엄 다이 캐일 (William Dichtel) 누가 공유 유기 골격 (COFs)을 연구하는지.

Dichtel과 그의 연구팀은 COF와 강하고 딱딱한 고분자를 결합시켜 에너지 저장에 적합한 매우 작은 공극을 형성하여 매우 오래된 전도성 물질로 다른 오래된 다공성 탄소와의 틈새를 막는 최초의 산화 환원 활성 COF를 만들었습니다. 기반 전극.

"COF는 많은 가능성을 가진 아름다운 구조물이지만 전도도는 제한적입니다."라고 Dichtel은 말합니다. "이것이 우리가 여기에서 다루고있는 문제이다. 우리가 부족한 속성을 추가함으로써 수정함으로써 실질적인 방법으로 COF를 사용할 수 있습니다. "

그리고 수정 된 COF는 상업적으로 매력적입니다. COF는 값 싸고 쉽게 얻을 수있는 재료로 만들어졌지만 탄소 기반의 재료는 가공하고 대량 생산하는 데 비용이 많이 든다.

디켈 (Dichtel)의 저서와 노스 웨스턴 (Northwestern)과 코넬 대학교 (Cornell University)의 공동 저자 ACS 중앙 과학.

연구진은 새로운 소재의 성능을 입증하기 위해 30 초 동안 발광 다이오드에 전력을 공급할 수있는 코인 셀 배터리 프로토 타입 장치를 제작했다.

10,000 충전 / 방전 사이클이 가능한 뛰어난 안정성을 지니고 있다고 연구진은보고했다. 그들은 또한 PEDOT라고 불리는 전도성 고분자와 COF가 전기 에너지를 저장하기 위해 함께 작동하는 방식을 이해하기 위해 광범위한 추가 실험을 수행했습니다.

Dichtel과 그의 팀은 전극 표면 위에 물질을 만들었습니다. 두 개의 유기 분자가 자기 조립되고 벌집 모양 격자로 응축되어 하나의 2D 층이 다른 하나 위에 쌓입니다. 그리드의 구멍이나 구멍 속으로 연구자들은 전도성 고분자를 증착시켰다.

각 기공은 너비가 2.3 나노 미터에 불과하지만 COF는 이러한 유용한 기공으로 가득차있어 매우 작은 공간에 많은 표면적을 생성합니다. 소량의 솜털 같은 COF 분말은 주사기 유리를 채우고 1 달러 지폐처럼 무게를 잴만큼 올림픽 수영장의 표면적을 가지고 있습니다.

수정 된 COF는 에너지를 저장하고 장치를 신속하게 충전 및 방전 할 수있는 능력이 크게 향상되었습니다. 이 소재는 수정되지 않은 COF보다 대략 10 배 더 많은 전기 에너지를 저장할 수 있으며, 장치 10에서 15 배까지 전기 요금을 신속하게 얻을 수 있습니다.

Dichtel은 "이 성능 향상을 보는 것은 대단히 놀랐습니다. "이 연구는 다른 수정 된 COF를 조사하고 새로운 전기 에너지 저장 장치를 만들기위한 최상의 재료를 찾기 위해 노력할 때 우리를 안내 할 것입니다."

국립 과학 재단 (National Science Foundation), 카밀 (Canille)과 헨리 드레퓌스 재단 (Henry Dreyfus Foundation), 미 육군 연구청 (US Army Research Office)이 연구를 지원했습니다.

출처: 노스 웨스턴 대학

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