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N-Type polymère pour la batterie organique rapide découverte

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Les chercheurs à l'université de Houston ont rapporté développer un polymère de électron-transport conducteur efficace, un morceau long-absent de puzzle qui permettra des applications ultra-rapides de batterie

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La découverte compte sur une conception « de polymère redox conjugué » avec du polymère de naphtalène-bithiophene, qui a été traditionnellement employé pour des applications comprenant des transistors et des piles solaires. Avec l'utilisation des ions de lithium comme dopant, les chercheurs l'ont trouvé conductivité électronique significative offerte et resté stables et réversible par des milliers de cycles de charger et de décharger l'énergie.

La percée, décrite dans le journal de la société chimique américaine et décrite comme rédacteurs d'ACS bien choisis pour l'accès ouvert, relève un décennie-long défi pour électron-transportent les polymères de conduite, ont indiqué Yan Yao, assistant du génie informatique électrique et à l'université d'UH Cullen de la technologie et à l'auteur important du papier.

Les chercheurs ont longtemps identifié la promesse des polymères organiques fonctionnels, mais jusqu'ici n'ont pas été réussis en développant un efficace électron-transportent le polymère de conduite pour appareiller avec des polymères de trou-transport établis. Le polymère lithium-enduit de naphtalène-bithiophene s'est avéré montrer la conductivité électronique significative et pour être stable pendant 3.000 cycles de charger et de décharger l'énergie, Yao a dit.

La découverte a pu mener à une alternative meilleur marché aux dispositifs inorganique-basés traditionnels d'énergie, y compris des batteries au lithium. Finalement, Yao a dit, elle pourrait traduire en dispositifs moins chers du consommateur et voitures électriques même moins chères.

Le groupe de recherche de Yao se concentre sur les matériaux organiques verts et soutenables pour la génération et le stockage d'énergie. Il est également un investigateur principal pour le centre du Texas pour la superconductivité à UH.

Yanliang Liang, un associé de recherches à UH et le premier auteur sur le papier, a indiqué que les chercheurs n'essayent pas de concurrencer directement les batteries conventionnelles de lithium-ion. « Nous essayons de démontrer une nouvelle direction, » il a dit.

Liang a dit que les batteries et les dispositifs métal-basés inorganiques conventionnels de stockage de l'énergie sont chers en partie parce que les matières employées pour les faire, y compris le cobalt et les composés silicium-basés, exigent des dépenses énergétiques énormes de traiter. Des polymères organiques peuvent être traités aux températures relativement basses, abaissant le coût.

Ils produisent également moins de CO2 dit-il s'ajoutant à leur avantage environnemental. Et tandis que les matériaux conventionnels sont les polymères finis et organiques pourrait potentiellement être synthétisé de la biomasse.

« Organique ? est-ce que - les polymères conjugués comme une classe de matériaux pour des applications énergétiques, permettant un chemin à un paysage plus soutenable d'énergie sans composés métal-basés chers et parfois toxiques du besoin de grand consommateur d'énergie, » les chercheurs a écrit, concluant cela « un polymère modèle, P (NDI2OD-T2), stablement et réversiblement n-a été enduit à un niveau de dopage élevé de 2.0, un progrès significatif émergent-ils pour l'électron-transport ? - polymères conjugués. … Avec la conception moléculaire raisonnable ? - les polymères redox conjugués établiront le nouvel espace de conception dans la chimie de polymère et verront des applications répandues, particulièrement dans les énergétiques telles que des batteries, des supercapacitors et le thermoelectrics. »

Le polymère de base utilisé dans le travail a été découvert en 2009 ; Yao a dit qu'il a été fourni par des membres de l'équipe de recherche de Polyera Corporation, une compagnie de technologie basée en Illinois. Bien que le naphtalène-bithiophene ait été employé pour des transistors et d'autres applications depuis sa découverte, c'est la première fois qu'il a été converti pour l'usage dans le stockage de l'énergie.

Cela a été fait par l'addition du lithium et a soulevé le polymère enduisant de niveau d'un 0.1 précédemment rapporté à 2.0.

Les résultats sont établissant le record. Le polymère montre le plus rapide charger-déchargent l'exécution pour un matériel organique dans des conditions pratiques de mesure, permettant à une batterie d'être de 80 pour cent chargés dans 6 secondes et entièrement chargés en encore 18 secondes, Liang a dit.

Les batteries inorganiques conventionnelles sont toujours capables de tenir plus d'énergie que la batterie organique, et Yao a dit que le travail continuera à améliorer la capacité de stockage du matériel. Son groupe également continuera à faire la recherche scientifique fondamentale sur le polymère pour apprendre plus à son sujet, il a dit.