精心设计的共价有机框架可以使超级电容器电极具有更强的电荷存储能力
2020.11.03
一种由KAUST研发的多孔有机材料可以显著改善超级电容器的能量存储和传输,超级电容器是一种能够提供快速而强大的能量爆发的设备。


超级电容器使用的技术与可充电电池中使用的可逆化学反应技术有很大不同。它们通过建立正电荷和电荷的分离来储存电能,这种能力使它们能够提供所需的快速能量爆发,例如,为电动汽车加速提供动力,或打开飞机的应急门。然而,它们有一个弱点,即它们能储存的能量相对较少,这就是它们的能量密度。


KAUST的研究小组发现了一种使用共价有机骨架(COFs)来增加能量密度的方法。这些晶体多孔聚合物是由有机材料通过强共价键结合在一起形成的,共价键将分子中的原子结合在一起。


研究小组发现,COFs之前性能较差的原因与它们的低导电性有关。通过探索修饰结构,他们克服了这一限制。修饰结构可以使电子“离域化”,也就是说电子可以在分子中广泛移动。


此外,包括精心挑选的分子官能团也有助于提高能量存储性能所需的化学变化。


研究人员设计了分层的二维COFs,以有效地利用单一材料中的多种电荷存储机制。这样,他们就能显著增加COF的电荷存储容量。


“我们的新材料的存储能力超过所有之前报道的COFs,其电容与最著名的超级电容器材料竞争,”Sharath Kandambeth解释说,他是该研究的第一作者,博士后。


“COF的物理多孔结构也促进和促进了携带电荷的离子的运输和存储,”Kandambeth补充说。


超级电容器有正极和负极,由一种材料隔开,带电粒子可以通过。由KAUST团队开发的一种特殊的化合物被称为Hex-Aza COFs,当用作高性能超级电容器的负极时表现良好。当它们与另一种材料(如RuO2)作为正极结合时,就产生了具有宽电压范围的非对称超级电容器。除了更高的能量密度,电极还允许超级电容器提供更长时间的能量,这将扩大合适的应用范围。


该研究团队的负责人Mohamed Eddaoudi说:“我们现在正试图将我们的Hex-Aza COF材料与相对便宜的金属氧化物正极结合起来,创造出新的超级电容器,我们希望将其商业化,”

原文链接:https://www.xianjichina.com/special/detail_460576.html
来源:贤集网
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