電動汽車目前依賴於電池和超級電容器的複雜相互作用來提供它所需的能量。 但化學家正在開發一種可以改變這種狀況的新材料。

“我們的材料結合了兩全其美 - 能夠存儲大量電能或電荷，如電池，以及快速充電和放電的能力，如超級電容器，”西北大學化學教授William Dichtel說。誰研究共價有機框架（COFs）。

Dichtel和他的研究團隊將COF（一種強力，堅硬的聚合物）與大量適合儲存能量的微小孔隙結合在一起，使用非常導電的材料製造出第一個改性的氧化還原活性COF，與其他舊的多孔碳封閉 - 基於電極。

“COF是美麗的結構，有很多希望，但它們的導電性有限，”Dichtel說。 “這就是我們在這裡解決的問題。 通過修改它們 - 通過添加它們缺少的屬性 - 我們可以開始以實用的方式使用COF。“

改性COF具有商業吸引力：COF由廉價，易得的材料製成，而碳基材料加工和批量生產昂貴。

Dichtel的一篇論文以及來自西北大學和康奈爾大學的共同作者出現在期刊上 ACS中央科學.

為了展示新材料的功能，研究人員構建了一個鈕扣電池原型設備，能夠為發光二極管供電30秒。

研究人員報告稱，該材料具有出色的穩定性，能夠進行10,000充放電循環。 他們還進行了大量的額外實驗，以了解COF和導電聚合物（稱為PEDOT）如何共同存儲電能。

Dichtel和他的團隊在電極表面製作了這種材料。 兩個有機分子自組裝並凝聚成蜂窩狀網格，一個2D層堆疊在另一個上面。 研究人員將導電聚合物放入網格的孔或孔中。

每個孔的寬度僅為2.3納米，但COF充滿了這些有用的孔隙，在非常小的空間內產生了大量的表面積。 少量蓬鬆的COF粉末，足以填充一個小玻璃杯，重量與一美元鈔票一樣，具有奧林匹克游泳池的表面積。

改進的COF顯示出其儲存能量和快速充電和放電裝置的能力的顯著改善。 該材料可以比未修改的COF存儲大約10倍的電能，並且它可以更快地將電荷輸入和輸出設備10到15倍。

“看到這種性能提升真是太神奇了，”Dichtel說道。 “這項研究將指導我們調查其他改性COF，並努力尋找最佳材料來製造新的電能存儲設備。”

國家科學基金會，卡米爾和亨利德雷福斯基金會以及美國陸軍研究辦公室支持這項研究。

資源： 西北大學

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