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molécula natural para aumentar el rendimiento de los electrodos para baterías recargables

04/16/2014

Clorofila, sangre, y la vitamina B12 se basan en la molécula de porfirina. Pero porfirina también se puede utilizar como un material de electrodo en el que se acelera el proceso de carga de las baterías recargables. En el "Angewandte Chemie International Edition" diario, KIT DE investigadores de ahora presentan el nuevo sistema de material que podría marcar el comienzo de una era de almacenamiento de energía de alto rendimiento y supercondensadores.

Actualmente, la tecnología de las baterías más ampliamente utilizado se basa en los iones de litio. Ningún otro dispositivo de almacenamiento recargable de energía eléctrica tiene propiedades de aplicación comparables. Así, Las baterías de iones de litio son actualmente indispensable para dispositivos tales como ordenadores portátiles, smartphones, o cámaras, a pesar de que las propiedades mejoradas tales como carga rápida sería deseable. Muchos materiales que mejoran las propiedades de baterías de ión litio en el laboratorio, sin embargo, hay opciones sostenibles porque son raros, costoso, tóxico o perjudicial para el medio ambiente. Idealmente, materiales de almacenamiento de energía de alto rendimiento se basan en recursos renovables.

Un grupo de investigación interdisciplinario dirigido por el profesor Maximiliano Fichtner de Helmholtz Instituto Ulm, fundada y organizada por KIT, y el profesor Mario Ruben del Instituto de Nanotecnología JUEGO, presenta ahora un nuevo material de almacenamiento de energía que permite que una inclusión muy rápido y reversible de iones de litio. Para este propósito, se añadieron grupos funcionales a la molécula de porfirina de cobre orgánico que producen reticulación estructural y electro-conductora del material cuando la célula de la batería se carga por primera vez. Esto estabiliza significativamente la estructura del electrodo en pruebas de laboratorio y permite que varios miles de ciclos de carga-descarga.

AG体育Con este material, capacidades de almacenamiento de 130-170 miliamperios-hora por gramo (mAh / g) se midieron en el laboratorio - a un voltaje medio de 3 Voltios - y de carga-descarga tiempos de tan solo un minuto. experimentos actuales sugieren que la capacidad de almacenamiento se puede aumentar por otro 100 mAh / g y que el sistema de almacenamiento puede funcionar no sólo con litio, pero también con la mucho más abundante de sodio.

AG体育“Las porfirinas se producen muy a menudo en la naturaleza y son los componentes básicos de la clorofila, de pigmento de la sangre humana y animal (hemoglobina), y de vitamina B12,”explica Fichtner. variantes técnicas de estos materiales ya están en uso, por ejemplo. de tóner de color azul en las impresoras láser o de la pintura del coche. Por la unión de grupos funcionales a porfirina, los científicos lograron aprovechar sus propiedades específicas en los sistemas de almacenamiento eléctrico electroquímicos por primera vez. “Las propiedades de almacenamiento son excepcionales ya que el material tiene la capacidad de almacenamiento de una batería, pero funciona tan rápido como un supercondensador,”Dice Fichtner.

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