(Phys.org)—I tannini possono essere meglio conosciuti per la loro presenza nel vino rosso e nel tè, ma in un nuovo studio i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che i tannini della corteccia degli alberi possono anche fungere da materiali catodici per batterie. Poiché la corteccia degli alberi contiene circa il 15% di tannini in peso, i tannini sono naturalmente abbondanti, che è uno dei fattori che li rende un materiale promettente per la progettazione sostenibile, basso costo, senza metalli, batterie ad alte prestazioni.

Oltre alla loro ampia disponibilità, un altro motivo per cui i tannini sembrano essere un materiale per batterie così promettente sono i loro alti livelli di fenolo:hanno il più alto contenuto di fenolo tra qualsiasi polimero prodotto da organismi viventi. Alti livelli di fenolo sono importanti perché il meccanismo principale di immagazzinamento della carica della batteria a base di tannino è una reazione chimica reversibile in cui il fenolo viene convertito in chinone.

I ricercatori, guidato da Hongli Zhu alla Northeastern University di Boston, insieme alla studentessa di dottorato Alolika Mukhopadhyay come autrice principale e coautori del National Renewable Energy Laboratory di Golden, Colorado, hanno pubblicato un articolo sul catodo della batteria al tannino in un recente numero di Nano lettere .

"Il più grande vantaggio dell'utilizzo di un tannino polimerico rinnovabile è che la natura produce un'enorme quantità di tannino, che può essere estratto dalla corteccia sottoutilizzata con costi e sforzi minimi, "Zhu ha detto Phys.org . "I gruppi ossidrilici fenolici redox-attivi dei tannini sono più di 5000 volte superiori alla lignina, che in precedenza era considerato il biopolimero più promettente per lo stoccaggio di energia elettrochimica. A causa del significativo basso peso molecolare del tannino e del contenuto estremamente elevato di idrossili fenolici, la rete compenetrante di tannini e polipirrolo mostra un'eccezionale prestazione elettrochimica. Pensiamo che il tannino sia il nuovo campione dei biopolimeri attivi redox presenti in natura".

Negli esperimenti, i ricercatori hanno dimostrato che un tipo di tannino chiamato "ellagitannin" estratto dalla corteccia di un castagno può essere utilizzato per fabbricare catodi di batterie per batterie che mostrano un'eccellente prestazione complessiva, tra cui grande capacità e alta densità di energia. Il design è costituito da ellagitannino combinato con il polimero polipirrolo per un'elevata conduttività, che è posto sopra un substrato di legno carbonizzato.

Il substrato in legno contribuisce anche alle buone prestazioni della batteria grazie ai canali altamente allineati nella sua struttura cellulare. Questi canali, che la pianta un tempo usava per trasportare acqua e sostanze nutritive, sono ora utilizzati per trasportare elettroni e ioni nella nuova batteria.

Sebbene produrre batterie dai tannini rappresenti un grande cambiamento rispetto all'utilizzo di materiali metallici convenzionali come il litio, il composto naturale può offrire soluzioni a due delle maggiori sfide che dovranno affrontare i futuri sistemi di accumulo di energia:la carenza di materiali metallici e l'alto costo della sintesi dei materiali. Come dimostrano i ricercatori nel nuovo studio, i tannini naturali possono essere purificati a basso costo per il loro uso in batterie.

Ricerche precedenti hanno indicato che anche altri materiali a base vegetale sembrano promettenti come materiali alternativi per le batterie. Un biopolimero che è stato ampiamente studiato è la lignina, che si trova nelle pareti cellulari delle piante e conferisce al legno e alla corteccia la loro struttura rigida. Sebbene ampiamente abbondante, la lignina ha un peso molecolare elevato rispetto al suo contenuto relativamente basso di fenoli. Poiché il contenuto di fenoli determina in gran parte le prestazioni elettrochimiche, come la densità energetica e la capacità di stoccaggio, il basso contenuto di fenoli della lignina limita le prestazioni potenziali delle batterie a base di lignina.

Uno dei maggiori vantaggi dei tannini è che hanno un peso molecolare inferiore rispetto alla lignina, mentre il loro contenuto di fenoli è 5, 000 volte superiore. Queste differenze offrono il potenziale per fabbricare batterie con densità e capacità energetiche molto più elevate.

Poiché i ricercatori hanno appena iniziato a studiare il potenziale dei tannini nelle batterie, si aspettano che sarà possibile migliorare ulteriormente le prestazioni di queste batterie in futuro.

"La capacità di accumulo di carica del tannino è elevata, " Zhu ha detto. "Tuttavia, la solubilità in acqua intrinsecamente elevata del tannino ha portato alla perdita di materiale efficace, causando una diminuzione della capacità nel tempo. Perciò, stiamo cercando di modificare chimicamente il tannino per garantire prestazioni stabili e sicure in un ambiente ostile".

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