science >> Wetenschap >  >> Chemie

Een volledig organische protonenbatterij die wordt geactiveerd voor duurzame energieopslag

Schematische weergave van het volledig organische batterijconcept, chemische structuren/naamgeving en polymerisatiemethode. De trimere voorlopers (a) werden gebruikt in de post-depositie-polymerisatieprocedure (b) om polymeren te vormen met vergelijkbare kenmerken als die gevormd uit monomere eenheden. Bij polymerisatie na afzetting, het trimeer wordt eerst opgelost in een organische elektrolyt, gevolgd door drop-casting en drogen. Vervolgens, de trimeerfilm is geoxideerd, ofwel i) elektrochemisch in een waterige 0,5 m H 2 DUS 4 oplossing door cyclische voltammetrie tussen 0,0 en 1,21 V vs. SHE bij 10 mV s −1 of door een potentiaal van 0,81 V vs. SHE voor 3000 s toe te passen of ii) chemisch door onderdompeling in een zure waterige oplossing die 1 m FeCl bevat 3 als oxidant, resulterend in de vorming van een zwarte polymeerlaag. Het anodemateriaal (c) bestond uit: pEP(NQ)E , die werd gevormd door oxidatieve polymerisatie van EP(NQ)E . evenzo, het kathodemateriaal pEP(QH 2 )E (d) werd gevormd uit EP(QH 2 )E . Geleidbaarheid werd bereikt door een polythiofeen ruggengraat (e) die geoxideerd/gedoteerd was, bijvoorbeeld, met HSO 4 - . De batterij (midden) werd geassembleerd als een volledig organische protonenbatterij met 0,5 m H 2 DUS 4 (aq) elektrolyt, die een schommelstoelbeweging van de protonen mogelijk maakte. De anode- en kathode-redoxactiviteit is afhankelijk van het redoxproces met twee elektronen en twee protonen (2e2 H) van de hangers (f en g). Wanneer de batterij is opgeladen, de chinonhangergroepen bevinden zich in de Q en NQH 2 staten, voor de positieve elektrode (kathode) en negatieve elektrode (anode), respectievelijk. Tijdens het lossen, het actieve kathodemateriaal wordt omgezet in QH 2 terwijl de anode wordt omgezet in NQ. E =3, 4'ethyleendioxythiofeen; NQ =naftochinon; NQH 2 =naftohydrochinon; P=3, 4'propyleendioxythiofeen; p =gepolymeriseerd; Q=benzochinon; QH 2 =hydrochinon. Internationale editie van Angewandte Chemie (2020). DOI:10.1002/anie.202001191

Er is veel vraag naar duurzame energieopslag. Onderzoekers van de Universiteit van Uppsala hebben daarom een ​​volledig organische protonenbatterij ontwikkeld die in enkele seconden kan worden opgeladen. De batterij kan meer dan 500 keer worden opgeladen en ontladen zonder noemenswaardig capaciteitsverlies. Hun werk is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie .

De onderzoekers hebben kunnen aantonen dat hun batterij eenvoudig kan worden opgeladen met behulp van een zonnecel. Opladen kan ook zonder de hulp van de geavanceerde elektronica die, bijvoorbeeld, lithiumbatterijen vereisen. Een ander voordeel van de batterij is dat deze niet wordt beïnvloed door de omgevingstemperatuur.

"Ik weet zeker dat veel mensen zich ervan bewust zijn dat de prestaties van standaardbatterijen afnemen bij lage temperaturen. We hebben aangetoond dat deze organische protonenbatterij eigenschappen behoudt zoals capaciteit tot zo laag als -24°C, ", zegt Christian Strietzel van de afdeling Materials Science and Engineering van de Universiteit van Uppsala.

Een groot aantal van de batterijen die tegenwoordig worden geproduceerd, hebben een grote impact op het milieu, niet in de laatste plaats vanwege de winning van de metalen die erin worden gebruikt.

"Het uitgangspunt voor ons onderzoek was daarom om een ​​batterij te ontwikkelen die is opgebouwd uit elementen die veel in de natuur voorkomen en die kan worden gebruikt om organische batterijmaterialen te maken. " legt Christian Strietzel uit.

Om deze reden, het onderzoeksteam heeft chinonen gekozen als het actieve materiaal in hun batterij. Deze organische koolstofverbindingen zijn overvloedig aanwezig in de natuur, die onder andere voorkomen bij fotosynthese. Het kenmerk van chinonen die onderzoekers hebben gebruikt, is hun vermogen om waterstofionen te absorberen of uit te stoten, die natuurlijk alleen protonen bevatten, tijdens het opladen en ontladen.

Als elektrolyt is een zure waterige oplossing gebruikt, het vitale onderdeel dat ionen in de batterij transporteert. Behalve dat het milieuvriendelijk is, dit zorgt ook voor een veilige batterij die vrij is van explosie- of brandgevaar.

"Er moet nog veel worden doorontwikkeld aan de batterij voordat deze een huishoudelijk artikel wordt, maar de protonbatterij die we hebben ontwikkeld is een grote stap om in de toekomst duurzame organische batterijen te kunnen produceren, ', zegt Christian Strietzel.


Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. De celstructuur van een ui
  2. Hoe is de concentratie van een oplossing van invloed op osmose?
  3. Grootte doet er niet toe - althans voor hamerhaaien en zwemprestaties
  4. Het belang van het bestuderen van de DNA-genetica van het menselijk geslacht
  5. Een JELL-O-model van een diercel maken
  6. Computersimulaties onthullen wortels van resistentie tegen geneesmiddelen
  7. Nieuwe studie laat zien hoe mierenkolonies zich anders gedragen in verschillende omgevingen
  8. Dengue Achilleshiel inzicht biedt hoop op betere vaccins
  9. Kenmerken levende cel

Wetenschap