电动汽车目前依靠电池和超级电容器的复杂相互作用来提供所需的能量。 但是化学家正在开发一种可以改变这种情况的新材料。

西北大学化学教授威廉·迪克特尔（William Dichtel）说：“我们的材料结合了两全其美的优点 - 能够像电池一样存储大量的电能或电荷，以及像超级电容器一样快速充电和放电的能力。谁研究共价有机框架（COFs）。

Dichtel和他的研究团队已经将COF（一种坚固而坚硬的聚合物与大量适合储存能量的小孔结合在一起）与一种非常具有导电性的材料结合在一起，形成了第一种改性的氧化还原活性COF，基于电极。

Dichtel说：“COFs是美丽的结构，具有很多的承诺，但是它们的导电性是有限的。 “这是我们在这里解决的问题。 通过修改它们 - 通过添加它们缺乏的属性 - 我们可以开始以实用的方式使用COF。“

改性COF具有商业吸引力：COF由便宜易得的材料制成，而碳基材料在加工和批量生产方面昂贵。

Dichtel和来自西北大学和康奈尔大学的合着者的论文出现在期刊上 ACS中央科学.

为了展示新材料的能力，研究人员构建了一个纽扣电池原型设备，能够为30秒钟供电发光二极管。

研究人员报告说，该材料具有出色的稳定性，能够进行10,000充放电循环。 他们还进行了大量额外的实验，以了解COF和称为PEDOT的导电聚合物如何一起工作来存储电能。

Dichtel和他的团队在电极表面制作了这种材料。 两个有机分子自组装并凝聚成蜂窝状网格，一个2D层堆叠在另一个之上。 研究人员将导电聚合物放入网格的孔洞或孔隙中。

每个孔只有2.3纳米宽，但COF充满了这些有用的孔隙，在非常小的空间中产生大量的表面积。 少量蓬松的COF粉末，足以填满玻璃杯，重量与美元相同，具有奥运游泳池的表面积。

改进的COF在储存能量和快速充放电的能力方面显示出显着的改进。 该材料可以存储大约比未修改的COF多10倍的电能，并且可以将设备10中的电荷进出15倍。

Dichtel说：“看到这样的性能提升，实在是太神奇了。 “这项研究将指导我们调查其他改性COFs，并努力寻找创造新型电能存储设备的最佳材料。”

美国国家科学基金会，Camille和Henry Dreyfus基金会以及美国陆军研究办公室都支持这项研究。

Sumber: 西北大学（Northwestern University）

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