Rappresentazione schematica del concetto di batteria completamente organica, strutture chimiche/denominazione e metodo di polimerizzazione. I precursori trimerici (a) sono stati utilizzati nella procedura di polimerizzazione post-deposizione (b) per formare polimeri con caratteristiche simili a quelli formati da unità monomeriche. Nella polimerizzazione post-deposizione, il trimero viene prima sciolto in un elettrolita organico, seguita da colata a goccia ed essiccazione. Successivamente, il film trimero è ossidato, o i) elettrochimicamente in una soluzione acquosa 0,5 m H 2 COSÌ 4 soluzione mediante voltammetria ciclica tra 0.0 e 1.21 V vs. SHE a 10 mV s −1 o applicando un potenziale di 0,81 V contro SHE per 3000 s o ii) chimicamente per immersione in una soluzione acquosa acida contenente 1 m FeCl 3 come ossidante, con conseguente formazione di uno strato polimerico nero. Il materiale dell'anodo (c) era costituito da pEP(NQ)E , che è stato formato dalla polimerizzazione ossidativa di EP(NQ)E . Allo stesso modo, il materiale del catodo pEP(QH 2 )E (d) è stato formato da EP(QH 2 )E . La conduttività è stata ottenuta da uno scheletro di politiofene (e) che è stato ossidato/drogato, Per esempio, con HSO 4 − . La batteria (al centro) è stata assemblata come una batteria protonica completamente organica utilizzando 0,5 m H 2 COSÌ 4 (ac) elettrolita, che ha permesso un movimento a sedia a dondolo dei protoni. L'attività redox anodica e catodica si basa sul processo redox a due elettroni e due protoni (2e2 H) dei pendenti (f e g). Quando la batteria è carica, i gruppi di chinone pendente sono nella Q e NQH 2 stati, per l'elettrodo positivo (catodo) e l'elettrodo negativo (anodo), rispettivamente. Durante la dimissione, il materiale del catodo attivo viene convertito in QH 2 mentre l'anodo viene convertito in NQ. E =3, 4-etilendiossitiofene; NQ=naftochinone; NQH 2 =naftoidrochinone; P=3, 4-propilendiossitiofene; p=polimerizzato; Q=benzochinone; QH 2 =idrochinone. Angewandte Chemie Edizione Internazionale (2020). DOI:10.1002/anie.202001191
Lo stoccaggio di energia sostenibile è molto richiesto. I ricercatori dell'Università di Uppsala hanno quindi sviluppato una batteria protonica completamente organica che può essere caricata in pochi secondi. La batteria può essere caricata e scaricata oltre 500 volte senza alcuna significativa perdita di capacità. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista scientifica Angewandte Chemie .
I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che la loro batteria può essere facilmente caricata utilizzando una cella solare. La ricarica può essere effettuata anche senza l'ausilio dell'elettronica avanzata che, Per esempio, le batterie al litio richiedono. Un altro vantaggio della batteria è che non è influenzata dalla temperatura ambiente.
"Sono sicuro che molte persone sono consapevoli che le prestazioni delle batterie standard diminuiscono alle basse temperature. Abbiamo dimostrato che questa batteria a protoni organici conserva proprietà come la capacità fino a -24°C, ", afferma Christian Strietzel del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Uppsala.
Molte delle batterie prodotte oggi hanno un forte impatto ambientale, non da ultimo a causa dell'estrazione dei metalli utilizzati in essi.
"Il punto di partenza della nostra ricerca è stato quindi quello di sviluppare una batteria costruita con elementi comunemente presenti in natura e che possa essere utilizzata per creare materiali organici per batterie, " spiega Christian Strietzel.
Per questa ragione, il team di ricerca ha scelto i chinoni come materiale attivo nella loro batteria. Questi composti organici del carbonio sono abbondanti in natura, tra le altre cose che si verificano nella fotosintesi. La caratteristica dei chinoni che i ricercatori hanno utilizzato è la loro capacità di assorbire o emettere ioni idrogeno, che ovviamente contengono solo protoni, durante la carica e la scarica.
Come elettrolita è stata utilizzata una soluzione acquosa acida, il componente vitale che trasporta gli ioni all'interno della batteria. Oltre ad essere rispettosi dell'ambiente, questo fornisce anche una batteria sicura libera dal rischio di esplosione o incendio.
"Rimane ancora molto da fare sulla batteria prima che diventi un oggetto domestico; tuttavia, la batteria protonica che abbiamo sviluppato è un grande passo avanti verso la produzione di batterie organiche sostenibili in futuro, "dice Christian Strietzel.
