Ковалентные органические каркасы превратили в редокс-батарею

COFs — класс пористых трехмерных материалов с большой площадью внутренней поверхности. Молекулярный состав таких каркасов идентичен пластмассам, но сформирован не хаотичными полимерными цепями, а стройной кристаллической структурой. Благодаря высоким абсорбирующим свойствам COFs рассматриваются как замена графеновым аккумуляторам в электромобилях. Недостатком этой группы материалов до сих пор являлась недостаточная проводимость.

В новом исследовании ученые создали модифицированный редокс-активный COF. Для этого молекулы каркаса парно размещались на электродах так, чтобы образовать из двумерных слоев ячеистую структуру. В полости, ширина которых составляла 2,3 нанометра, авторы осаждали электроактивный полимер поли (3, 4-этилендиокситиофен), или ПЭДОТ (PEDOT). В сочетании с полистиролсульфонатом натрия ПЭДОТ также используется как антистатик для фотопленок.

В рамках испытаний авторы сконструировали на основе модифицированного COF аккумулятор, способный питать светоизлучающий диод в течение 30 секунд. Результаты показали, что материал обладает высокой стабильностью и может обеспечить 10 тысяч циклов заряда-разряда. Его электрическая емкость в десять раз превышает показатель традиционных COFs, получение и отдача электрического тока в нем происходит в 10–15 раз быстрее.

«Наш материал сочетает в себе лучшие свойства: способность хранить большие объемы электроэнергии, как у батарей, и возможность быстрой подзарядки, как у суперконденсаторов», — сообщил руководитель исследований Уильям Дичтел. Он также добавил, что в отличие от ионисторов и графеновых батарей редокс-активный COF отличает доступность: его компоненты являются недорогими, особенно в промышленных масштабах.