• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Naturlig molekyl för att öka prestanda hos elektroder för uppladdningsbara batterier

    Porfyrinmolekylen – som används i elektroder – påskyndar laddningsprocessen av batterier i labbet. Kredit:KIT/HIU

    Klorofyll, blod, och vitamin B12 är alla baserade på porfyrinmolekylen. Men porfyrin kan också användas som ett elektrodmaterial där det påskyndar laddningsprocessen av uppladdningsbara batterier. I den Angewandte Chemie International Edition tidning, forskare från KIT presenterar nu det nya materialsystemet som kan markera början på en era av högpresterande energilagring och superkondensatorer.

    För närvarande, den mest använda batteritekniken är baserad på litiumjoner. Ingen annan uppladdningsbar lagringsenhet för elektrisk energi har jämförbara applikationsegenskaper. Således, litiumjonbatterier är för närvarande oumbärliga för enheter som bärbara datorer, smartphones, eller kameror, även om förbättrade egenskaper som snabbladdning vore önskvärda. Många material som förbättrar egenskaperna hos litiumjonbatterier i labbet, dock, är inga hållbara alternativ eftersom de är sällsynta, dyr, giftigt eller skadligt för miljön. Helst högpresterande energilagringsmaterial skulle baseras på förnybara resurser.

    En tvärvetenskaplig forskargrupp ledd av professor Maximilian Fichtner vid Helmholtz Institute Ulm, grundat och organiserat av KIT, och professor Mario Ruben från KIT Institute of Nanotechnology, presenterar nu ett nytt energilagringsmaterial som möjliggör en mycket snabb och reversibel inkludering av litiumjoner. För det här syftet, funktionella grupper sattes till den organiska kopparporfyrinmolekylen som producerar strukturell och elektriskt ledande tvärbindning av materialet när battericellen laddas för första gången. Detta stabiliserar elektrodens struktur avsevärt i labbtester och tillåter flera tusen laddnings-urladdningscykler.

    Med detta material, lagringskapaciteter på 130-170 milliampertimmar per gram (mAh/g) mättes i labbet – vid en mellanspänning på 3 Volt – och laddnings-urladdningstider på endast en minut. Aktuella experiment tyder på att lagringskapaciteten kan ökas med ytterligare 100 mAh/g och att lagringssystemet inte bara kan drivas med litium, men också med det mycket rikligare natriumet.

    "Porfyriner förekommer mycket ofta i naturen och är de grundläggande beståndsdelarna i klorofyll, av människors och djurs blodpigment (hemoglobin), och vitamin B12, Fichtner förklarar. Tekniska varianter av dessa material används redan, t.ex. för blåfärgad toner i laserskrivare eller för billack. Genom att binda funktionella grupper till porfyrin, forskarna lyckades utnyttja dess specifika egenskaper i elektrokemiska elektriska lagringssystem för första gången. "Lagringsegenskaperna är exceptionella eftersom materialet har lagringskapaciteten för ett batteri, men fungerar lika snabbt som en superkondensator, " säger Fichtner.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com