Et helt organisk protonbatteri tilført energi til bæredygtig energilagring
Skematisk repræsentation af det helt organiske batterikoncept, kemiske strukturer/navngivning og polymerisationsmetode. De trimere precursorer (a) blev brugt i post-deposition polymerisationsproceduren (b) til at danne polymerer med lignende egenskaber som dem, der dannes af monomere enheder. Ved post-deposition polymerisation, trimeren opløses først i en organisk elektrolyt, efterfulgt af dråbestøbning og tørring. Efterfølgende trimerfilmen oxideres, enten i) elektrokemisk i en vandig 0,5 m H 2 SÅ 4 løsning ved cyklisk voltammetri mellem 0,0 og 1,21 V vs. SHE ved 10 mV s −1 eller ved at anvende et potentiale på 0,81 V vs. SHE i 3000 s eller ii) kemisk ved nedsænkning i en sur vandig opløsning indeholdende 1 m FeCl 3 som oxidant, hvilket resulterer i dannelsen af et sort polymerlag. Anodematerialet (c) bestod af pEP(NQ)E , som blev dannet ved oxidativ polymerisation af EP(NQ)E . Tilsvarende katodematerialet pEP(QH 2 )E (d) blev dannet af EP(QH 2 )E . Ledningsevne blev opnået fra en polythiophen-rygrad (e), der var oxideret/dopet, for eksempel, med HSO 4 − . Batteriet (midten) blev samlet som et helt organisk protonbatteri ved brug af 0,5 m H 2 SÅ 4 (aq) elektrolyt, hvilket muliggjorde en gyngestolsbevægelse af protonerne. Anode- og katode-redoxaktiviteten er afhængig af to-elektron-to-proton (2e2 H) redoxprocessen for vedhængene (f og g). Når batteriet er opladet, quinon-vedhængsgrupperne er i Q og NQH 2 stater, for den positive elektrode (katode) og den negative elektrode (anode), henholdsvis. Under udskrivelsen, det aktive katodemateriale omdannes til QH 2 mens anoden konverteres til NQ. E =3, 4-ethylendioxythiophen; NQ =naphthoquinon; NQH 2 =naphthohydroquinon; P=3, 4-propylendioxythiophen; p =polymeriseret; Q =benzoquinon; QH 2 =hydroquinon. Angewandte Chemie International Edition (2020). DOI:10.1002/anie.202001191
Der er stor efterspørgsel efter bæredygtig energilagring. Forskere ved Uppsala Universitet har derfor udviklet et helt organisk protonbatteri, der kan oplades på få sekunder. Batteriet kan oplades og aflades over 500 gange uden væsentligt tab af kapacitet. Deres arbejde er blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift Angewandte Chemie .
Forskerne har kunnet påvise, at deres batteri let kan oplades ved hjælp af en solcelle. Opladning kan også udføres uden hjælp fra den avancerede elektronik, for eksempel, lithium batterier kræver. En anden fordel ved batteriet er, at det er upåvirket af den omgivende temperatur.
"Jeg er sikker på, at mange mennesker er klar over, at standardbatteriers ydeevne falder ved lave temperaturer. Vi har demonstreret, at dette organiske protonbatteri bevarer egenskaber som kapacitet helt ned til -24°C, " siger Christian Strietzel fra Uppsala Universitets Institut for Materialevidenskab og Engineering.
Rigtig mange af de batterier, der fremstilles i dag, har en stor miljøpåvirkning, ikke mindst på grund af udvindingen af de metaller, der anvendes i dem.
"Udgangspunktet for vores forskning har derfor været at udvikle et batteri bygget af elementer, der almindeligvis findes i naturen, og som kan bruges til at skabe organiske batterimaterialer, " forklarer Christian Strietzel.
Af denne grund, forskerholdet har valgt quinoner som det aktive materiale i deres batteri. Disse organiske kulstofforbindelser er rigelige i naturen, blandt andet forekommer i fotosyntesen. Det karakteristiske ved quinoner, som forskere har brugt, er deres evne til at absorbere eller udsende hydrogenioner, som selvfølgelig kun indeholder protoner, under op- og afladning.
En sur vandig opløsning er blevet brugt som en elektrolyt, den vitale komponent, der transporterer ioner inde i batteriet. Ud over at være miljøvenlig, dette giver også et sikkert batteri uden fare for eksplosion eller brand.
"Der er en del yderligere udvikling, der skal gøres på batteriet, før det bliver en husholdningsartikel; dog, det protonbatteri, vi har udviklet, er et stort skridt mod at kunne fremstille bæredygtige økologiske batterier i fremtiden, siger Christian Strietzel.
Sidste artikelStabile perovskite LED'er et skridt nærmere
Næste artikelEn venligere måde at håndtere nitratforurening på
Varme artikler
-
Kemikere modbeviser den universelle karakter af kviksølvtestenKemikere bekræftede, at testen krævede yderligere kontroleksperimenter for at verificere resultaterne. Undersøgelsen kan føre til genovervejelse af de eksisterende eksperimentelle data og forbedring a -
Interaktion mellem iodonium og sølvkation demonstreret for første gangSådan sker det:Positivt jod giver en elektrongave til positivt sølv. Kredit:Antonio Frontera og Kari Rissanen Et internationalt forskerhold ledet af professor Kari Rissanen fra University of Jyvas -
Afkodning af de grundlæggende mekanismer for menneskelig spytsmøringKredit:CC0 Public Domain Et tværfagligt team af forskere ledet af University of Leeds har afsløret den grundlæggende mekanisme, hvorved menneskets spyt smører vores mund. Deres multi-skala undersø -
Organiske krystaller twist, bøje, og helbredeKredit:Wiley Er krystaller skøre og uelastiske? En ny klasse af smart, bøjelige krystallinske organiske materialer har udfordret denne opfattelse. Nu, forskere har konstrueret en molekylær blød ko
- I anmeldelse af 100 bedst sælgende billedbøger, kvindelige hovedpersoner er stort set usynlige
- Facebook og COVID-19:De slettede appen, så kom coronavirus
- ORNL mikroskopi udforsker nanotrådes svageste led
- Hvad er et matchhoved lavet af?
- Forskere viser, hvordan artsdiversitet kan betale sig
- Tidligst kendte frøædende siddefugl opdaget i Fossil Lake, Wyoming