magazyny energii

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

https://www.nature.com/articles/srep08225