تعتمد السيارة الكهربائية حاليًا على تفاعل معقد لكل من البطاريات والمكثفات الفائقة لتوفير الطاقة التي تحتاجها للذهاب إلى الأماكن. لكن الكيميائيين يطورون مادة جديدة يمكن أن تغير ذلك.
يقول ويليام ديشتيل ، أستاذ الكيمياء في جامعة نورث وسترن: "تجمع مادتنا بين أفضل ما في العالمين ، أي القدرة على تخزين كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية أو الشحن ، مثل البطارية ، والقدرة على الشحن والتفريغ بسرعة ، مثل المكثف الفائق". الذي يدرس التساهمية الأطر العضوية (COFs).
قام فريق Dichtel وفريقه البحثي بدمج COF - وهو بوليمر قوي ومتصل مع وفرة من المسام الصغيرة المناسبة لتخزين الطاقة - مع مادة موصلة للغاية لإنشاء أول COF المعدلة الأكسدة والاختزال التي تغلق الفجوة مع غيرها من الكربون المسامي - الأقطاب القائمة.
"إن COFs هي هياكل جميلة مع الكثير من الوعد ، ولكن توصيلها محدود" ، يقول Dichtel. هذه هي المشكلة التي نتناولها هنا. من خلال تعديلها - بإضافة السمة التي يفتقرون إليها - يمكننا البدء في استخدام COFs بطريقة عملية. "
و COFs المعدلة جذابة تجاريا: COFs مصنوعة من مواد رخيصة ، متاحة بسهولة ، في حين أن المواد المعتمدة على الكربون مكلفة لمعالجة وإنتاج كميات كبيرة.
تظهر ورقة من قبل Dichtel و coauthors من Northwestern وجامعة كورنيل في المجلة ACS العلوم المركزية.
ولإثبات قدرات المواد الجديدة ، بنى الباحثون جهازًا أوليًا للبطارية الخلوية المصغرة ، قادرًا على تشغيل ثنائي الصمام الباعث للضوء لثواني 30.
وقال الباحثون إن المادة لها ثبات ممتاز وقادرة على شحن / تفريغ 10,000. كما أجروا تجارب إضافية واسعة لفهم كيفية عمل COF والبوليمر الموصّل ، المسمى PEDOT ، معًا لتخزين الطاقة الكهربائية.
جعل Dichtel وفريقه المواد على سطح القطب. جزيئين عضويين تم تجميعهما ذاتيًا وتكثيفهما في شبكة تشبه قرص العسل ، طبقة 2D مكدسة فوق الأخرى. في ثقوب الشبكة ، أو المسام ، قام الباحثون بإيداع البوليمر الموصّل.
كل مسام هو فقط 2.3 نانومتر واسعة ، ولكن COF مليء هذه المسام مفيدة ، وخلق الكثير من مساحة السطح في مساحة صغيرة جدا. كمية قليلة من مسحوق COF ، وهو ما يكفي فقط لملء الزجاج المسدس ووزنه بنفس قيمة فاتورة بالدولار ، تحتوي على مساحة حوض سباحة أولمبي.
أظهرت COF المعدلة تحسنا كبيرا في قدرتها على تخزين الطاقة وعلى شحن الجهاز وتفريغه بسرعة. يمكن أن تخزن المادة 10 تقريبًا طاقة كهربائية أكبر من COF غير المعدلة ، ويمكن أن تحصل على الشحنة الكهربائية داخل وخارج الجهاز 10 إلى 15 مرات أسرع.
وتقول ديشتل: "لقد كان من المدهش أن نرى هذا المكاسب في الأداء". "سوف يوجهنا هذا البحث أثناء قيامنا بالتحقيق في COFs المعدلة الأخرى والعمل على إيجاد أفضل المواد لإنشاء أجهزة جديدة لتخزين الطاقة الكهربائية."
دعمت المؤسسة الوطنية للعلوم ، ومؤسسة كاميل وهنري درايفوس ، ومكتب أبحاث الجيش الأمريكي البحث.
المصدر جامعة نورث وسترن
كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ
at سوق InnerSelf و Amazon
