Schematisk representation av det helt organiska batterikonceptet, kemiska strukturer/namngivning och polymerisationsmetod. De trimera prekursorerna (a) användes i polymerisationsförfarandet efter avsättning (b) för att bilda polymerer med liknande egenskaper som de som bildas av monomera enheter. Vid polymerisation efter avsättning, trimeren löses först i en organisk elektrolyt, följt av droppgjutning och torkning. Senare, trimerfilmen oxideras, antingen i) elektrokemiskt i en vattenhaltig 0,5 m H 2 SÅ 4 lösning genom cyklisk voltammetri mellan 0,0 och 1,21 V vs. SHE vid 10 mV s −1 eller genom att applicera en potential på 0,81 V mot SHE i 3000 s eller ii) kemiskt genom nedsänkning i en sur vattenlösning innehållande 1 m FeCl 3 som oxidant, vilket resulterar i bildandet av ett svart polymerskikt. Anodmaterialet (c) bestod av pEP(NQ)E , som bildades genom oxidativ polymerisation av EP(NQ)E . Liknande, katodmaterialet pEP(QH 2 )E (d) bildades av EP(QH 2 )E . Konduktivitet uppnåddes från en polytiofenryggrad (e) som var oxiderad/dopad, till exempel, med HSO 4 − . Batteriet (mitten) monterades som ett helt organiskt protonbatteri med användning av 0,5 m H 2 SÅ 4 (aq) elektrolyt, vilket möjliggjorde en gungstolsrörelse av protonerna. Anod- och katodredoxaktiviteten förlitar sig på två-elektronernas två-protoner (2e2 H) redoxprocess för hängen (f och g). När batteriet är laddat, kinonhängegrupperna är i Q och NQH 2 stater, för den positiva elektroden (katoden) och den negativa elektroden (anoden), respektive. Under utskrivning, det aktiva katodmaterialet omvandlas till QH 2 medan anoden konverteras till NQ. E =3, 4-etylendioxitiofen; NQ=naftokinon; NQH 2 =naftohydrokinon; P=3, 4-propylendioxitiofen; p=polymeriserad; Q=bensokinon; QH 2 =hydrokinon. Angewandte Chemie International Edition (2020). DOI:10.1002/anie.202001191
Hållbar energilagring är mycket efterfrågad. Forskare vid Uppsala universitet har därför utvecklat ett helt organiskt protonbatteri som kan laddas på några sekunder. Batteriet kan laddas och laddas ur över 500 gånger utan någon betydande kapacitetsförlust. Deras arbete har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Angewandte Chemie .
Forskarna har kunnat visa att deras batteri enkelt kan laddas med hjälp av en solcell. Laddning kan också utföras utan hjälp av den avancerade elektroniken som, till exempel, litiumbatterier kräver. En annan fördel med batteriet är att det inte påverkas av omgivningstemperaturen.
"Jag är säker på att många människor är medvetna om att prestanda hos standardbatterier minskar vid låga temperaturer. Vi har visat att detta organiska protonbatteri behåller egenskaper som kapacitet ner till så lågt som -24°C, säger Christian Strietzel vid Uppsala universitets institution för materialvetenskap och teknik.
Många av de batterier som tillverkas idag har stor miljöpåverkan, inte minst på grund av brytningen av de metaller som används i dem.
"Utgångspunkten för vår forskning har därför varit att utveckla ett batteri byggt av element som vanligtvis finns i naturen och som kan användas för att skapa organiska batterimaterial, " förklarar Christian Strietzel.
Av denna anledning, forskargruppen har valt kinoner som det aktiva materialet i sitt batteri. Dessa organiska kolföreningar är rikliga i naturen, bland annat förekommer vid fotosyntes. Det som kännetecknar kinoner som forskare har använt är deras förmåga att absorbera eller avge vätejoner, som naturligtvis bara innehåller protoner, under laddning och urladdning.
En sur vattenlösning har använts som elektrolyt, den vitala komponenten som transporterar joner inuti batteriet. Förutom att vara miljövänlig, detta ger också ett säkert batteri fritt från risk för explosion eller brand.
"Det återstår en hel del vidareutveckling att göra på batteriet innan det blir ett hushållsobjekt; dock, protonbatteriet vi har utvecklat är ett stort steg mot att kunna tillverka hållbara ekologiska batterier i framtiden, säger Christian Strietzel.
