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molécule naturelle pour améliorer les performances des électrodes pour les batteries rechargeables

04/16/2014

Chlorophylle, du sang, et de la vitamine B12 sont tous basés sur la molécule de porphyrine. Mais porphyrine peut également être utilisé comme matériau d'électrode où il accélère le processus de charge des batteries rechargeables. Dans le "Angewandte Chemie International Edition» Journal, les chercheurs du KIT présentent maintenant le nouveau système de matériel qui pourrait marquer le début d'une ère de stockage d'énergie de haute performance et supercondensateurs.

Actuellement, la technologie de la batterie la plus largement utilisée est basée sur des ions de lithium. Aucun autre périphérique de stockage rechargeable pour l'énergie électrique a des propriétés d'application comparables. Ainsi, batteries lithium-ion actuellement indispensable pour les appareils tels que les ordinateurs portables, smartphones, ou caméras, même si des propriétés améliorées telles que-charge rapide serait souhaitable. De nombreux matériaux qui améliorent les propriétés des batteries au lithium-ion dans le laboratoire, toutefois, sont pas d'options durables parce qu'ils sont rares, coûteux, toxiques ou nocifs pour l'environnement. Idéalement, matériaux de stockage d'énergie de haute performance seront basées sur les ressources renouvelables.

Un groupe de recherche interdisciplinaire dirigé par le professeur Maximilian Fichtner de Helmholtz Institute Ulm, fondé et organisé par KIT, et le professeur Mario Ruben du KIT Institut de nanotechnologie, présente maintenant un nouveau matériel de stockage d'énergie qui permet une intégration très rapide et réversible des ions lithium. Dans ce but, des groupes fonctionnels ont été ajoutés à la molécule de porphyrine de cuivre organique qui produisent une réticulation de structure et de l'électro-conductrice de la matière lorsque la cellule de batterie est chargée pour la première fois. Cela stabilise de manière significative la structure de l'électrode dans les tests de laboratoire et permet plusieurs milliers de cycles de charge-décharge.

Avec ce matériel, les capacités de stockage de 130-170 milliampère-heure par gramme (mAh / g) ont été mesurés en laboratoire - à une moyenne tension de 3 Volt - et les temps de charge-décharge de seulement une minute. Les expériences actuelles suggèrent que la capacité de stockage peut être augmentée par une autre 100 mAh / g et en ce que le système de stockage peut être utilisé non seulement avec le lithium, mais aussi avec le sodium beaucoup plus abondante.

« Les porphyrines se produisent très souvent dans la nature et sont les constituants de base de chlorophylle, de pigment du sang humain et de l'animal (hémoglobine), et de la vitamine B12, » explique Fichtner. variantes techniques de ces matériaux sont déjà utilisés, par exemple. pour le toner de couleur bleue dans les imprimantes laser ou pour la peinture de la voiture. Par liaison de groupes fonctionnels pour porphyrine, les scientifiques ont réussi à tirer parti de ses propriétés spécifiques dans les systèmes de stockage électrique électrochimique pour la première fois. « Les propriétés de stockage sont exceptionnelles, car le matériau a la capacité de stockage d'une batterie, mais fonctionne aussi vite que supercondensateur,» Dit Fichtner.

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