Conducting MOF offers cheap, efficient supercapacitor material

Conducting MOF offers cheap, efficient supercapacitor material
14:34 22 Oktyabr 2016
Ölkə mətbuatı
A- A+

Energy storage devices called supercapacitors have become a hot area of research, in part because they can be charged rapidly and deliver intense bursts of power. However, all supercapacitors currently use components made of carbon, which require high temperatures and harsh chemicals to produce.
 
Now researchers at MIT and elsewhere have for the first time developed a supercapacitor that uses no conductive carbon at all, and that could potentially produce more power than existing versions of this technology.
 
The team's findings are being reported in the journal Nature Materials, in a paper by Mircea Dinca, an MIT associate professor of chemistry; Yang Shao-Horn, the W.M. Keck Professor of Energy; and four others. "We've found an entirely new class of materials for supercapacitors," Dinca says.
 
Dinca and his team have been exploring for years a class of materials called metal-organic frameworks, or MOFs, which are extremely porous, sponge-like structures. These materials have an extraordinarily large surface area for their size, much greater than the carbon materials do. That is an essential characteristic for supercapacitors, whose performance depends on their surface area. But MOFs have a major drawback for such applications: They are not very electrically conductive, which is also an essential property for a material used in a capacitor.
 
"One of our long-term goals was to make these materials electrically conductive," Dinca says, even though doing so "was thought to be extremely difficult, if not impossible." But the material did exhibit another needed characteristic for such electrodes, which is that it conducts ions (atoms or molecules that carry a net electric charge) very well.
 
"All double-layer supercapacitors today are made from carbon," Dinca says. "They use carbon nanotubes, graphene, activated carbon, all shapes and forms, but nothing else besides carbon. So this is the first noncarbon, electrical double-layer supercapacitor."
 
One advantage of the material used in these experiments, technically known as Ni3(hexaiminotriphenylene)2, is that it can be made under much less harsh conditions than those needed for the carbon-based materials, which require very high temperatures above 800 degrees Celsius and strong reagent chemicals for pretreatment.
 
The team says supercapacitors, with their ability to store relatively large amounts of power, could play an important role in making renewable energy sources practical for widespread deployment. They could provide grid-scale storage that could help match usage times with generation times, for example, or be used in electric vehicles and other applications.
 
The new devices produced by the team, even without any optimization of their characteristics, already match or exceed the performance of existing carbon-based versions in key parameters, such as their ability to withstand large numbers of charge/discharge cycles. Tests showed they lost less than 10 percent of their performance after 10,000 cycles, which is comparable to existing commercial supercapacitors.
 
But that's likely just the beginning, Dinca says. MOFs are a large class of materials whose characteristics can be tuned to a great extent by varying their chemical structure. Work on optimizing their molecular configurations to provide the most desirable attributes for this specific application is likely to lead to variations that could outperform any existing materials.
 
"We have a new material to work with, and we haven't optimized it at all," he says. "It's completely tunable, and that's what's exciting." While there has been much research on MOFs, most of it has been directed at uses that take advantage of the materials' record porosity, such as for storage of gases.
 
"Our lab's discovery of highly electrically conductive MOFs opened up a whole new category of applications," Dinca says. Besides the new supercapacitor uses, the conductive MOFs could be useful for making electrochromic windows, which can be darkened with the flip of a switch, and chemoresistive sensors, which could be useful for detecting trace amounts of chemicals for medical or security applications.
 
While the MOF material has advantages in the simplicity and potentially low cost of manufacturing, the materials used to make it are more expensive than conventional carbon-based materials, Dinca says. "Carbon is dirt cheap. It's hard to find anything cheaper." But even if the material ends up being more expensive, if its performance is significantly better than that of carbon-based materials, it could find useful applications, he says.
 
And a key advantage of that, he explains, is that "this work shows only the tip of the iceberg. With carbons we know pretty much everything, and the developments over the past years were modest and slow. But the MOF used by Dinca is one of the lowest-surface-area MOFs known, and some of these materials can reach up to three times more [surface area] than carbons. The capacity would then be astonishingly high, probably close to that of batteries, but with the power performance [the ability to deliver high power output] of supercapacitors."


RƏYLƏR

BU KATEQORİYADAN DİGƏR XƏBƏRLƏR

Ölkə mətbuatında bugün »

Müdafiə Nazirliyindən ermənilərin yaydığı dezinformasiyalara CAVAB

18 Avqust 2017 15:08

Barselona terroru - terrorçular həm də düşmənçilik toxumu səpirlər

18 Avqust 2017 15:02

Formatı dəyişən "Lider" TV 14 saatlıq yayıma keçir – AÇIQLAMA

18 Avqust 2017 14:58

Balakən “ABAD”çılarının məhsulları satışa çıxarılıb

18 Avqust 2017 14:57

3350 tələbə ali məktəbini dəyişmək istəyir

18 Avqust 2017 14:54

"Yayılan sənədlər saxtadır" - Müdafiə Nazirliyindən CAVAB

18 Avqust 2017 14:49

Əməkdar artistin həyat yoldaşı əzələli bədənini nümayiş etdirdi – FOTOLAR

18 Avqust 2017 14:48

Azərbaycan Müdafiə Nazirliyi: Ermənistanın yaydığı sənədlər tamamən saxta və uydurmadır

18 Avqust 2017 14:47

Azərbaycanda investisiyaya yönəldilən bank kreditlərinin həcmi artıb

18 Avqust 2017 14:47

Yaşıl pomidor turşusunun hazırlanması

18 Avqust 2017 14:47

FHN bir nəfəri dənizdə batmaqdan xilas etdi

18 Avqust 2017 14:44

Avropa terror meydanına çevriləcək: Üç min döyüşçü QAYIDIR

18 Avqust 2017 14:43

Bu günədək üç mindən çox tələbə universitetlərini dəyişmək üçün qeydiyyatdan keçib

18 Avqust 2017 14:37

Rusiya əhalisi yenidən azalmağa başlayıb

18 Avqust 2017 14:37

"Binə"dən növbəti transfer

18 Avqust 2017 14:37

"Barselona"dan 300 milyonluq transfer

18 Avqust 2017 14:37

“Microsoft HoloLens” eynəyi muzey eksponatlarına vizual effektlər əlavə edəcək

18 Avqust 2017 14:35

Dövlət qulluğuna qəbulun keçid balları - SİYAHI

18 Avqust 2017 14:33

TAP-ın Yunanıstan və Albaniyadan keçən hissəsinin 387 km-i qazılıb

18 Avqust 2017 14:32

VİDEO: Bu il Azərbaycanda evdən qaçan gəlin və qızlar

18 Avqust 2017 14:32

MTN- generalı Elçin Quliyev: "Heç kimdən pul almamışam" - MƏHKƏMƏDƏN

18 Avqust 2017 14:24

Barselona terrorunda əsas şübhəlinin adı açıqlandı

18 Avqust 2017 14:23

Rəcəb Tayyib Ərdoğan Azərbaycana səfər edəcək

18 Avqust 2017 14:21

Keçmiş MTN əməkdaşı: "Eldar Mahmudov Nizami Şirinovu icra başçısı Gülağa İslamovun yanına 25 hektar torpağın alınması üçün göndərmişdi"

18 Avqust 2017 14:17

Bakıda 5 yaşlı uşağını boğaraq öldürməkdə təqsirləndirilən qadının məhkəməsi başlayıb

18 Avqust 2017 14:17

Göygöldə arvadını və qaynanasını öldürən şəxs: "Arvadımı başqası ilə gəzdiyi üçün öldürdüm"

18 Avqust 2017 14:12

Samir Əliyev: "Neftçi" "Səbail"ə uduzmaq istəməz"

18 Avqust 2017 14:12

Rusiyanın müdafiə naziri: "Xəzərdəki donanmamız 500-dən çox döyüş təlimi keçirib"

18 Avqust 2017 14:07

"İlk işim Arsen Vengeri göndərmək olacaq"

18 Avqust 2017 13:59

Azərbaycanın əməkdar artisti Bəhram Bağırzadə

18 Avqust 2017 13:56

Breyn Rinqə hazırlıq çərçivəsində görüş keçirilib

18 Avqust 2017 13:52

Prezidentin yeganə nöqsanını açıqlayan BİRİNCİ LEDİ: “21-ci əsr qadınların DÖVRÜ OLACAQ” - FOTO

18 Avqust 2017 13:48

“CinemaPlus”da “Killerin cangüdəni” filminin premyera öncəsi nümayişi keçirilib

18 Avqust 2017 13:47

Dəniz yanıqları və günəş ləkələrini yox edir

18 Avqust 2017 13:42

Barselona 15 nəfəri ölümdən xilas edən TÜRK - DÜNYA ONDAN DANIŞIR

18 Avqust 2017 13:38

Belə qal, Əfran!

18 Avqust 2017 13:37

Dəhşətli yol qəzası: 7 ÖLÜ, 10 YARALI

18 Avqust 2017 13:36

Ərdoğan Bakıya gəlir - TARİX AÇIQLANDI

18 Avqust 2017 13:34

Azərbaycan ilə Boliviya vizaların ləğvi barədə saziş imzalayıb

18 Avqust 2017 13:27

"Barselona üçün birlik vaxtıdır" - Arda Turan

18 Avqust 2017 13:27

Ərdoğanın Azərbaycana səfərinin tarixi açıqlandı

18 Avqust 2017 13:23

Rusiya Baş Kəşfiyyat İdarəsinin keçmiş polkovniki 1,5 il azadlıqdan məhrum edilib

18 Avqust 2017 13:22

Rəcəb Tayyib Ərdoğan Azərbaycana gələcək

18 Avqust 2017 13:22

Göygöldə arvadını və qaynanasını qətlə yetirən şəxslə bağlı məlumat

18 Avqust 2017 13:22

DYP: Avtomobillərin texniki tələblərini pozan 11013 sürücü inzibati məsuliyyətə cəlb edilib

18 Avqust 2017 13:17

Yoğurt xəstəliyə yol açır

18 Avqust 2017 13:14

“Ambisiyalarım prezidentlikdən daha yuxarıdır” - Saakaşvili hədəfini AÇIQLADI

18 Avqust 2017 13:13

Yol polisindən sürücülərə MÜRACİƏT: bu işıq lampaları təhlükəlidir

18 Avqust 2017 13:09

Türkiyəyə qarşı XAİN PLAN: Gizli danışıqların detalları MƏLUM OLDU

18 Avqust 2017 13:08

Baş konsulluqda YANĞIN

18 Avqust 2017 13:07