chlorofyl, bloed, en vitamine B12 zijn allemaal gebaseerd op het porfyrinemolecuul. Maar porfyrine kan ook worden gebruikt als elektrodemateriaal waar het het laadproces van oplaadbare batterijen versnelt. In de Internationale editie van Angewandte Chemie logboek, onderzoekers van het KIT presenteren nu het nieuwe materiaalsysteem dat het begin zou kunnen zijn van een tijdperk van hoogwaardige energieopslag en supercondensatoren.

Momenteel, de meest gebruikte batterijtechnologie is gebaseerd op lithiumionen. Geen enkel ander oplaadbaar opslagapparaat voor elektrische energie heeft vergelijkbare toepassingseigenschappen. Dus, lithium-ionbatterijen zijn momenteel onmisbaar voor apparaten zoals laptops, smartphones, of camera's, hoewel verbeterde eigenschappen zoals snelladen wenselijk zouden zijn. Veel materialen die de eigenschappen van lithium-ionbatterijen in het laboratorium verbeteren, echter, zijn geen duurzame opties omdat ze zeldzaam zijn, duur, giftig of schadelijk voor het milieu. Ideaal, hoogwaardige materialen voor energieopslag zouden gebaseerd zijn op hernieuwbare bronnen.

Een interdisciplinaire onderzoeksgroep onder leiding van professor Maximilian Fichtner van Helmholtz Institute Ulm, opgericht en georganiseerd door het KIT, en professor Mario Ruben van het KIT Institute of Nanotechnology, presenteert nu een nieuw materiaal voor energieopslag dat een zeer snelle en omkeerbare opname van lithiumionen mogelijk maakt. Voor dit doeleinde, functionele groepen werden toegevoegd aan het organische koperporfyrinemolecuul dat structurele en elektrisch geleidende vernetting van het materiaal veroorzaakt wanneer de batterijcel voor de eerste keer wordt opgeladen. Dit stabiliseert de structuur van de elektrode aanzienlijk in laboratoriumtests en maakt enkele duizenden laad-ontlaadcycli mogelijk.

Met dit materiaal, In het lab werden opslagcapaciteiten van 130-170 milliampère-uur per gram (mAh/g) gemeten – bij een middenspanning van 3 Volt – en laad-ontlaadtijden van slechts één minuut. Huidige experimenten suggereren dat de opslagcapaciteit met nog eens 100 mAh/g kan worden vergroot en dat het opslagsysteem niet alleen met lithium, maar ook met het veel overvloediger natrium.

"Porfyrines komen heel vaak voor in de natuur en zijn de basisbestanddelen van chlorofyl, van menselijk en dierlijk bloedpigment (hemoglobine), en van vitamine B12, " legt Fichtner uit. Technische varianten van deze materialen zijn al in gebruik, bijv. voor blauwgekleurde toner in laserprinters of voor autolak. Door functionele groepen aan porfyrine te binden, de wetenschappers slaagden er voor het eerst in om de specifieke eigenschappen ervan te benutten in elektrochemische elektrische opslagsystemen. "De opslageigenschappen zijn uitzonderlijk omdat het materiaal de opslagcapaciteit heeft van een batterij, maar werkt net zo snel als een supercondensator, ', zegt Fichtner.