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I sulfamidici costituiscono un robusto materiale catodico per batterie protoniche

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Credito: Wiley

Le batterie protoniche sono un tipo di batteria innovativo ed ecologico in cui la carica è trasportata dai protoni, che sono ioni di idrogeno caricati positivamente. Un team di ricercatori ha ora sviluppato sulfamidici organici come materiale robusto e flessibile per i catodi in queste batterie. Come spiega il team nel diario Angewandte Chemie edizione internazionalei catodi sulfamidici raggiungono anche una tensione di uscita maggiore rispetto ai catodi convenzionali.

Nella costante ricerca di alternative alle batterie agli ioni di litio, è stato dimostrato che le batterie protoniche hanno un grande potenziale. Invece di immagazzinare carica sotto forma di ioni di litio, trasferiscono invece protoni leggeri e altamente mobili. Di conseguenza, questo tipo di batteria non richiede l’estrazione del litio dannosa per l’ambiente e insostenibile. Inoltre, i protoni mobili aiutano a ottenere tempi di ricarica significativamente più brevi rispetto ad altri tipi di batterie.

Nonostante questi vantaggi, le prestazioni degli elettrodi nelle batterie protoniche richiedono ancora miglioramenti. Ad oggi, i catodi (elettrodi positivi) sono stati in grado di raggiungere solo una tensione di uscita abbastanza bassa, insufficiente per la maggior parte delle applicazioni. Ora, Bingan Lu e il suo team con sede presso l’Università Hunan di Changsha (Cina) hanno migliorato questo voltaggio sostituendo le sostanze chimiche che compongono il materiale del catodo. Invece di composti carbonilici organici o pigmenti a base di cianuro, usavano sulfamidici organici.

Invece di immagazzinare i protoni negli atomi di ossigeno, come nel caso dei composti carbonilici, le sulfonamidi immagazzinano i protoni nell’atomo di azoto del gruppo sulfamidico. I ricercatori spiegano perché questo è vantaggioso: “l’atomo di azoto ha un sito vuoto in più rispetto all’atomo di ossigeno che può accettare elettroni estranei, rendendolo molto più personalizzabile”.

Attaccando gruppi di prelievo di elettroni allo scaffold molecolare, i ricercatori sono stati in grado di aumentare il potenziale elettrico del materiale. A 1 V, la tensione di uscita raggiunta è stata del 20% superiore rispetto ai migliori materiali successivi e i ricercatori sono fiduciosi che ci sia ancora ulteriore spazio per miglioramenti con un’attenta progettazione molecolare.

Per assemblare una batteria protonica completa, Lu e colleghi hanno anche sviluppato un elettrolita simile al gel che è stato adattato al materiale catodico sulfamidico e ha consentito una costruzione flessibile. Questo pacco batteria malleabile ha mantenuto la capacità di oltre 600 cicli di carica/scarica.

Il vantaggio dell’utilizzo dei sulfamidici non si esaurisce con la loro adattabilità chimica. Lu e colleghi riferiscono che il nuovo materiale catodico è anche facile da produrre, stabile in condizioni ambientali standard e praticamente insolubile in acqua. Il team sottolinea che le batterie protoniche a base di sulfamidici di questo tipo non contengono metalli pesanti e sono costituite da composti organici non tossici, quindi sono facilmente riciclabili.


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