電気自動車は現在、バッテリーとスーパーキャパシターの複雑な相互作用によって、必要なエネルギーを提供しています。 しかし、化学者はそれを変える可能性のある新しい材料を開発しています。

「我々の材料は、スーパーキャパシタのように、大量の電気エネルギーや蓄電池を蓄電する能力と、蓄電池のような容量と、スーパーキャパシタのように急速に充放電する能力を兼ね備えています」と、ノースウェスタン大学の化学教授であるウィリアム・ダイクテル共有有機骨格（COF）を研究している。

Dichtelと彼の研究チームは、COFと強固で剛性の高いポリマーを、エネルギー貯蔵に適した豊富な小さな細孔と組み合わせて、非常に導電性の高い材料で、他のより古い多孔質カーボンとの間隙を閉鎖する、を含む。

「COFは多くの有望な美しい構造ですが、その伝導率には限界があります」とDichtel氏は言います。 「これが私たちがここで取り組む問題です。 彼らが欠けている属性を追加することによって、実用的な方法でCOFを使用することができます。

そして、修正されたCOFは商業的に魅力的です。COFは安価で入手しやすい材料で作られていますが、カーボンベースの材料は加工や量産には高価です。

Dichtelの論文とNorthwestern and Cornell Universityの共著者が雑誌に掲載されています ACSセントラルサイエンス.

研究者らは、新しい材料の性能を実証するために、30秒間発光ダイオードに電力を供給できるコイン型電池試作装置を製作しました。

10,000の充放電サイクルが可能で、優れた安定性を示します。 彼らはまた、COFとPEDOTと呼ばれる導電性ポリマーが一緒に電気エネルギーを蓄えるためにどのように機能するかを理解するために広範な追加実験を行った。

Dichtelと彼のチームは電極表面上に材料を作りました。 2つの有機分子が自己組織化され、ハニカム状のグリッドに凝縮され、1つの2D層が他の層の上に積み重ねられます。 グリッドの穴または孔に、研究者は導電性ポリマーを堆積させた。

各細孔は幅が2.3ナノメートルだけですが、COFはこれらの細孔に満ちており、非常に小さな空間に多くの表面積を作り出します。 少量のふわふわしたCOFパウダーは、ショットグラスを満たし、1ドル紙幣の重さと同じくらい重く、オリンピックスイミングプールの表面積を持っています。

修正されたCOFは、エネルギーを貯蔵する能力と、デバイスを急速に充電および放電する能力の両方において劇的な改善を示した。 この材料は、修正されていないCOFよりも約10倍多くの電気エネルギーを蓄積することができ、装置10の内部および外部からの電荷を15倍高速に得ることができる。

「このパフォーマンスが向上するのはかなり驚きでした」とDichtel氏は言います。 "この研究は、私たちが他の修正されたCOFを調査し、新しい電気エネルギー貯蔵装置を作るための最良の材料を見つけようと努力する際に​​私たちを導くでしょう。

ナショナル・サイエンス・ファウンデーション、カミーユとヘンリー・ドレイファス財団、米国陸軍研究事務所がこの研究を支援しました。

情報源： ノースウエスタン大学

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