Un'auto elettrica attualmente si basa su una complessa interazione di batterie e supercondensatori per fornire l'energia necessaria per raggiungere luoghi. Ma i chimici stanno sviluppando un nuovo materiale che potrebbe cambiarlo.
"Il nostro materiale combina il meglio dei due mondi: la capacità di accumulare grandi quantità di energia elettrica o di carica, come una batteria, e la capacità di caricare e scaricare rapidamente, come un supercondensatore", afferma William Dichtel, professore di chimica alla Northwestern University chi studia quadri organici covalenti (COF).
Dichtel e il suo team di ricerca hanno combinato un COF - un polimero forte e rigido con un'abbondanza di piccoli pori adatti per immagazzinare energia - con un materiale molto conduttivo per creare il primo COF attivo redox modificato che colma il divario con altri vecchi carboni porosi- elettrodi a base.
"I COF sono strutture meravigliose con molte promesse, ma la loro conduttività è limitata", afferma Dichtel. “Questo è il problema che stiamo affrontando qui. Modificandoli, aggiungendo l'attributo che mancano, possiamo iniziare a utilizzare i COF in modo pratico. "
E i COF modificati sono commercialmente interessanti: i COF sono realizzati con materiali economici e prontamente disponibili, mentre i materiali a base di carbonio sono costosi da lavorare e produrre in serie.
Un articolo di Dichtel e coautori della Northwestern e della Cornell University appare sulla rivista ACS Central Science.
Per dimostrare le capacità del nuovo materiale, i ricercatori hanno costruito un prototipo di dispositivo a batteria a bottone in grado di alimentare un diodo a emissione di luce per 30 secondi.
Il materiale ha una stabilità eccezionale, capace di cicli di carica / scarica 10,000, riferiscono i ricercatori. Hanno anche condotto ampi esperimenti aggiuntivi per capire come il COF e il polimero conduttore, chiamato PEDOT, lavorano insieme per immagazzinare energia elettrica.
Dichtel e il suo team hanno realizzato il materiale su una superficie di elettrodi. Due molecole organiche autoassemblate e condensate in una griglia a nido d'ape, uno strato 2D impilato uno sopra l'altro. Nei fori o nei pori della griglia, i ricercatori hanno depositato il polimero conduttore.
Ogni poro ha una larghezza di soli nanometri 2.3, ma il COF è pieno di questi utili pori, creando una grande superficie in uno spazio molto piccolo. Una piccola quantità della soffice polvere COF, quanto basta per riempire un bicchierino e pesare come una banconota da un dollaro, ha la superficie di una piscina olimpionica.
Il COF modificato ha mostrato un notevole miglioramento della sua capacità sia di immagazzinare energia sia di caricare e scaricare rapidamente il dispositivo. Il materiale può immagazzinare all'incirca 10 volte più energia elettrica rispetto al COF non modificato, e può ottenere la carica elettrica dentro e fuori dal dispositivo da 10 a 15 volte più velocemente.
"È stato abbastanza sorprendente vedere questo miglioramento delle prestazioni", afferma Dichtel. "Questa ricerca ci guiderà mentre studiamo altri COF modificati e lavoriamo per trovare i migliori materiali per la creazione di nuovi dispositivi di accumulo dell'energia elettrica".
La National Science Foundation, la Camille e la Henry Dreyfus Foundation e l'US Army Research Office hanno supportato la ricerca.
Fonte: Northwestern University
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