Sebuah mobil listrik saat ini mengandalkan interaksi yang kompleks antara kedua baterai dan supercapacitors untuk menyediakan energi yang dibutuhkannya untuk pergi ke tempat-tempat. Tapi ahli kimia sedang mengembangkan materi baru yang bisa mengubahnya.
"Bahan kami menggabungkan yang terbaik dari kedua dunia - kemampuan untuk menyimpan sejumlah besar energi listrik atau muatan, seperti baterai, dan kemampuan untuk mengisi dan melepaskan dengan cepat, seperti supercapacitor," kata William Dichtel, seorang profesor kimia di Northwestern University. yang mempelajari kerangka organik kovalen (COFs).
Dichtel dan tim risetnya telah menggabungkan sebuah COF-polimer yang kuat dan kaku dengan kelimpahan pori-pori kecil yang sesuai untuk menyimpan energi - dengan bahan yang sangat konduktif untuk menciptakan COF redoks aktif pertama yang mengubah celah dengan karbon berpori lainnya yang lebih tua. berbasis elektroda.
"KKKS adalah struktur yang indah dengan banyak janji, namun konduktivitasnya terbatas," kata Dichtel. "Itulah masalah yang kita hadapi di sini. Dengan memodifikasi mereka-dengan menambahkan atribut yang mereka kekurangan-kita bisa mulai menggunakan COF secara praktis. "
Dan COF yang dimodifikasi menarik secara komersial: COF terbuat dari bahan yang murah dan mudah digunakan, sedangkan bahan berbasis karbon mahal untuk diproses dan diproduksi secara massal.
Sebuah makalah oleh Dichtel dan rekan penulis dari Northwestern dan Cornell University muncul di jurnal tersebut ACS Central Science.
Untuk menunjukkan kemampuan material baru, para periset membangun perangkat prototipe baterai sel berbentuk koin yang mampu menyalakan dioda pemancar cahaya untuk 30 detik.
Materi ini memiliki stabilitas yang luar biasa, yang mampu melakukan siklus pengisian / pengeluaran 10,000, lapor para peneliti. Mereka juga melakukan eksperimen tambahan untuk memahami bagaimana COF dan polimer konduksi, yang disebut PEDOT, bekerja sama untuk menyimpan energi listrik.
Dichtel dan timnya membuat material pada permukaan elektroda. Dua molekul organik dirakit sendiri dan dikondensasikan ke dalam grid seperti sarang lebah, satu lapisan 2D ditumpuk di atas yang lain. Ke dalam lubang grid, atau pori-pori, para peneliti menyimpan polimer konduksi.
Setiap pori hanya nanometer 2.3 yang lebar, namun COF penuh dengan pori-pori yang berguna ini, menciptakan banyak area permukaan di ruang yang sangat kecil. Sejumlah kecil bubuk COF yang halus, cukup untuk mengisi gelas dan beratnya sama dengan tagihan dolar, memiliki luas permukaan kolam renang Olimpiade.
COF yang dimodifikasi menunjukkan peningkatan yang dramatis dalam kemampuannya untuk menyimpan energi sekaligus untuk secara cepat mengisi dan melepaskan perangkat. Bahan ini dapat menyimpan sekitar 10 dengan energi listrik lebih banyak daripada COF yang tidak dimodifikasi, dan bisa mendapatkan muatan listrik masuk dan keluar dari perangkat 10 ke 15 lebih cepat.
"Sangat menakjubkan melihat kinerja ini," kata Dichtel. "Penelitian ini akan membimbing kita saat kita menyelidiki COF lain yang dimodifikasi dan bekerja untuk menemukan bahan terbaik untuk menciptakan perangkat penyimpanan energi baru."
National Science Foundation, Camille dan Henry Dreyfus Foundation, dan US Army Research Office mendukung penelitian ini.
Sumber: Northwestern University
Buku terkait
at Pasar InnerSelf dan Amazon
