Clorofilla, sangue, e la vitamina B12 sono tutte basate sulla molecola della porfirina. Ma la porfirina può essere utilizzata anche come materiale per elettrodi dove accelera il processo di carica delle batterie ricaricabili. Nel Angewandte Chemie Edizione Internazionale rivista, i ricercatori di KIT presentano ora il nuovo sistema di materiali che potrebbe segnare l'inizio di un'era di accumulatori di energia e supercondensatori ad alte prestazioni.

Attualmente, la tecnologia delle batterie più utilizzata è basata sugli ioni di litio. Nessun altro accumulatore ricaricabile per l'energia elettrica ha proprietà applicative comparabili. Così, le batterie agli ioni di litio sono attualmente indispensabili per dispositivi come laptop, smartphone, o fotocamere, anche se proprietà migliorate come la ricarica rapida sarebbero desiderabili. Molti materiali che migliorano le proprietà delle batterie agli ioni di litio in laboratorio, però, non sono opzioni sostenibili perché sono rare, caro, tossici o nocivi per l'ambiente. Idealmente, i materiali per lo stoccaggio dell'energia ad alte prestazioni sarebbero basati su risorse rinnovabili.

Un gruppo di ricerca interdisciplinare guidato dal professor Maximilian Fichtner dell'Helmholtz Institute Ulm, fondata e organizzata da KIT, e il Professor Mario Ruben del KIT Institute of Nanotechnology, presenta ora un nuovo materiale per l'accumulo di energia che consente un'inclusione molto rapida e reversibile degli ioni di litio. Per questo scopo, gruppi funzionali sono stati aggiunti alla molecola di porfirina di rame organica che produce reticolazione strutturale ed elettroconduttiva del materiale quando la cella della batteria viene caricata per la prima volta. Ciò stabilizza significativamente la struttura dell'elettrodo nei test di laboratorio e consente diverse migliaia di cicli di carica-scarica.

Con questo materiale, In laboratorio sono state misurate capacità di immagazzinamento di 130-170 milliampere-ora per grammo (mAh/g) – a media tensione di 3 Volt – e tempi di carica-scarica di un solo minuto. Gli esperimenti attuali suggeriscono che la capacità di archiviazione può essere aumentata di altri 100 mAh/g e che il sistema di archiviazione può funzionare non solo con litio, ma anche con il molto più abbondante sodio.

"Le porfirine si trovano molto spesso in natura e sono i costituenti di base della clorofilla, del pigmento del sangue umano e animale (emoglobina), e di vitamina B12, " Spiega Fichtner. Varianti tecniche di questi materiali sono già in uso, per esempio. per il toner di colore blu nelle stampanti laser o per la vernice dell'auto. Legando i gruppi funzionali alla porfirina, gli scienziati sono riusciti per la prima volta a sfruttare le sue proprietà specifiche nei sistemi di accumulo elettrico elettrochimico. "Le proprietà di immagazzinamento sono eccezionali perché il materiale ha la capacità di immagazzinamento di una batteria, ma funziona veloce come un supercondensatore, "dice Fichtner.