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KAUST开发多孔有机材料 可显著提升超级电容器储能

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58京牌 ,阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)开发出一种多孔有机材料,可以显著提升超级电容器的储能和输送能力。

(图片来源:techxplore)

超级电容器是一种能够快速充电的高功率设备,所采用的技术与普通充电电池中的可逆化学反应有很大差异。该类设备通过正、负电荷分离来储存电能,快速提供能量,例如,为加速提供动力,或者打开飞机上的紧急舱门。然而,它的能量密度较低,即可储存能量相对较少。

KAUST研究小组发现一种方法,利用共价有机骨架(COF)材料来提升能量密度。在这种材料中,“共价键”将分子内的原子结合在一起,而有机构建模块通过强劲的“共价键”结合在一起,构成结晶多孔聚合物。

研究小组发现,之前COF性能较低的原因与低导电性有关。他们尝试通过改良结构来克服这一限制,新结构允许电子离开原本位置,在分子中广泛移动。此外,经过精心选择的分子官能团,也能促进化学反应,提升储能性能。

研究人员设计了二维分层COF,以有效利用单一材料中的多种电荷存储机制,显著增加COF的电荷存储容量。主要研究人员Sharath Kandambeth表示:“这种新材料的储能能力超过以往报道的所有COF,其容量可与最有名的超级电容器材料相媲美。材料中的物理多孔结构也可促进和提升带电荷离子的运输和储存。”

在超级电容器中,正、负极由带电粒子可以通过的材料隔开。KAUST团队开发的这种特殊类型化合物被称为Hex-Aza COF,用作高性能超级电容器的负极时表现良好。将其与另一种材料(如RuO2)结合作为正极时,可以得到电压范围较宽的非对称超级电容器设备。除了能量密度更高,这种电极还允许超级电容器更长时间地提供能量,有助于拓展应用范围。

研究小组负责人Mohamed Eddaoudi表示:“我们正在尝试将Hex-Aza COF材料与相对廉价的金属氧化物正电极结合起来,以创造新的超级电容器,并希望将其投入商用。”

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