Struktury chemiczne MOFs i COFs innowacją w energetyce?
Magazyny energii – akumulatory i co jeszcze..
Najpopularniejsze obecnie stosowane magazyny energii, takie jak: baterie i akumulatory, zawierają toksyczne i szkodliwe dla środowiska substancje oraz nieulegające neutralizacji metale ciężkie.
W czasach gdy dbanie o środowisko staje się priorytetem zaczynamy się zastawiać nad bardziej ekologicznymi rozwiązaniami. Spotkaliśmy się już z tematem organicznych akumulatorów, jednak tradycyjne elektrody organiczne posiadają szereg wad m.in niestabilność struktury i słabą przewodność elektryczną.
Dlatego też, zwracamy szczególną uwagę w stronę nowych możliwości – związków o potencjale redoks:
- MOFs (Metal-organic frameworks) będących porowatymi, trójwymiarowymi strukturami składającymi się z jonów lub klastrów metali związanych koordynacyjnie z organicznymi ligandami, znajdującymi zastosowanie jako magazyny gazów, a także katalizatory.
- COFs (Covalent organic frameworks) dwuwymiarowe i trójwymiarowe organiczne ciała stałe, w których bloki budulcowe są połączone silnymi wiązaniami kowalencyjnymi.
Badania wykazały, że mogą one być wykorzystane jako materiały elektrod dla urządzeń magazynujących energię. Ich porowata struktura jest odpowiednia do transportu jonów w procesach elektrochemicznych. Dodatkowymi atutem jest stabilność elektrod (zwiększona w COFs przez sieć kowalencyjną) oraz nierozpuszczalność, dodatkowo świadcząca o trwałej stabilności konstrukcji elektrod. Modyfikacje chemiczne COF do CNT (Carbon nanotubes) umożliwiają zwiększenie przewodności elektrycznej materiału.
Szereg zalet MOFs i COFs wytycza nowy kierunek w poszukiwaniach organicznych elektrod służących do magazynowania energii. Dzięki nim możliwe stanie się uzyskanie wysokiej wydajności i trwałości cyklu. Możemy sobie tylko wyobrażać, jak rozwój tych organicznych struktur krystalicznych, wpłynąłby na rozwój trwałych, wydajnych a przede wszystkim przyjaznych dla środowiska magazynów energii.
Źródła:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201702919/full