Atualmente, um carro elétrico depende de uma interação complexa de baterias e supercapacitores para fornecer a energia de que precisa para ir a lugares. Mas os químicos estão desenvolvendo um novo material que poderia mudar isso.
"Nosso material combina o melhor dos dois mundos - a capacidade de armazenar grandes quantidades de energia elétrica ou carga, como uma bateria, e a capacidade de carregar e descarregar rapidamente, como um supercapacitor", diz William Dichtel, professor de química da Northwestern University. que estuda estruturas orgânicas covalentes (COFs).
Dichtel e sua equipe de pesquisa combinaram um COF - um polímero forte e rígido com uma abundância de minúsculos poros adequados para armazenar energia - com um material muito condutor para criar o primeiro COF redox-ativo modificado que fecha a lacuna com outros carbonos porosos mais antigos. eletrodos baseados
"COFs são estruturas bonitas com muita promessa, mas sua condutividade é limitada", diz Dichtel. “Esse é o problema que estamos abordando aqui. Ao modificá-las - adicionando o atributo que elas carecem - podemos começar a usar COFs de maneira prática ”.
E os COF modificados são comercialmente atraentes: os COFs são feitos de materiais baratos e prontamente disponíveis, enquanto os materiais à base de carbono são caros de processar e produzir em massa.
Um artigo de Dichtel e co-autores da Universidade Northwestern e Cornell aparece na revista Ciência Central ACS.
Para demonstrar as capacidades do novo material, os pesquisadores construíram um protótipo de bateria de célula tipo moeda capaz de alimentar um diodo emissor de luz por 30 segundos.
O material tem excelente estabilidade, capaz de carregar / descarregar ciclos 10,000, relatam os pesquisadores. Eles também realizaram experimentos adicionais para entender como o COF e o polímero condutor, chamado PEDOT, trabalham juntos para armazenar energia elétrica.
Dichtel e sua equipe fizeram o material em uma superfície de eletrodo. Duas moléculas orgânicas se auto-montaram e condensaram em uma grade semelhante a um favo de mel, uma camada 2D empilhada em cima da outra. Nos buracos da grade, ou poros, os pesquisadores depositaram o polímero condutor.
Cada poro tem apenas nanômetros 2.3 de largura, mas o COF é cheio desses poros úteis, criando muita área de superfície em um espaço muito pequeno. Uma pequena quantidade do pó de COF fofo, apenas o suficiente para encher um copo e pesando o mesmo que uma nota de dólar, tem a área de superfície de uma piscina olímpica.
O COF modificado mostrou uma melhora dramática em sua capacidade de armazenar energia e rapidamente carregar e descarregar o dispositivo. O material pode armazenar cerca de 10 vezes mais energia elétrica do que o COF não modificado, e pode levar a carga elétrica para dentro e para fora do dispositivo 10 para 15 vezes mais rápido.
"Foi incrível ver esse ganho de desempenho", diz Dichtel. “Esta pesquisa nos guiará à medida que investigarmos outros COFs modificados e trabalharmos para encontrar os melhores materiais para a criação de novos dispositivos de armazenamento de energia elétrica.”
A National Science Foundation, a Fundação Camille e Henry Dreyfus e o Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA apoiaram a pesquisa.
Fonte: Northwestern University
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