מכונית חשמלית מסתמכת כיום על יחסי גומלין מורכבים בין סוללות והן קבלים-על כדי לספק את האנרגיה הדרושה לה למקומות. אבל כימאים מפתחים חומר חדש שיכול לשנות את זה.
"החומר שלנו משלב את המיטב משני העולמות - היכולת לאחסן כמויות גדולות של אנרגיה חשמלית או לטעון, כמו סוללה, ויכולת טעינה ופריקה מהירה, כמו קבלים-על", אומר ויליאם דיכטל, פרופסור לכימיה באוניברסיטת נורת'ווסטרן. הלומד מסגרות אורגניות קוולנטיות (COF).
דיכטל וצוות המחקר שלו שילבו COF - פולימר חזק ונוקשה עם שפע נקבוביות זעירות המתאימות לאחסון אנרגיה - עם חומר מוליך מאוד ליצירת ה- COF הפעיל החידוש הראשון שהוסב לסגירת הפער עם פחמן נקבובי אחר ישן יותר. אלקטרודות מבוססות.
"COFs הם מבנים יפים עם הרבה הבטחה, אבל המוליכות שלהם מוגבלת", אומר דיכטל. "זו הבעיה שאנו מטפלים כאן. על ידי שינוי אותם - על ידי הוספת התכונה שחסרה להם - אנו יכולים להתחיל להשתמש ב- COF בצורה מעשית. "
ו COFs ששונו הם אטרקטיביים מסחרית: COF עשויים מחומרים זולים וזמינים, בעוד שחומרים על בסיס פחמן הם יקרים לעיבוד וייצור המוני.
מאמר מאת דיכטל ושותפי מחבר מאוניברסיטת נורת'ווסטרן וקורנל מופיע בכתב העת ACS מדע מרכזי.
כדי להדגים את יכולות החומר החדש, החוקרים בנו מכשיר אב טיפוס לסוללות מטבעות המסוגל להפעיל דיודה פולטת אור למשך 30 שניות.
החוקרים מדווחים כי לחומר יציבות יוצאת מן הכלל המסוגלת ל -10,000 מחזורי טעינה / פריקה. הם גם ביצעו ניסויים נרחבים נוספים כדי להבין כיצד COF והפולימר המוליך, הנקרא PEDOT, עובדים יחד לאחסון אנרגיה חשמלית.
דיכטל וצוותו ייצרו את החומר על משטח אלקטרודה. שתי מולקולות אורגניות שהורכבו בעצמן והתעבו לרשת דמוית חלת דבש, שכבה אחת דו-ממדית מוערמת זו על גבי זו. לתוך חורי הרשת, או הנקבוביות, הפקידו החוקרים את הפולימר המוליך.
כל נקבובית רוחבה 2.3 ננומטר בלבד, אך ה- COF מלא בנקבוביות שימושיות אלה, ויוצר שטח פנים רב בחלל קטן מאוד. לכמות קטנה של אבקת ה- COF המפונפנת, המספיקה בדיוק למילוי כוס זריקה במשקל זהה לשטר דולר, יש שטח הפנים של בריכת שחייה אולימפית.
ה- COF המתוקן הראה שיפור דרמטי ביכולתו גם לאגור אנרגיה וגם לטעון ולפרוק את המכשיר במהירות. החומר יכול לאחסן אנרגיה חשמלית בערך פי 10 מאשר ה- COF ללא שינוי והוא יכול לקבל את המטען החשמלי פנימה והחוצה מהמכשיר פי 10 עד פי 15.
"זה היה די מדהים לראות את הרווח הביצועי הזה", אומר דיכטל. "מחקר זה ינחה אותנו כשאנחנו חוקרים COFs שונה ומעבדים למציאת החומרים הטובים ביותר ליצירת מכשירי אחסון חשמל חדשים."
הקרן הלאומית למדע, קרן קמיל והנרי דרייפוס ומשרד המחקר של צבא ארה"ב תמכו במחקר.
מקור: אוניברסיטת נורת'ווסטרן
ספרים קשורים
at InnerSelf Market ואמזון
