Kierre parantaa kiinteää elektrolyyttiä

Kiinteäaineisia elektrolyyttejä on tutkittu vuosikymmeniä käytettäväksi energian varastointijärjestelmissä ja kiintoaineakuissa.

Uusia konsepteja tarvitaan kuitenkin nykyisten kiinteiden polymeerielektrolyyttien suorituskyvyn parantamiseksi seuraavan sukupolven materiaaleille.

Illinoisin yliopiston Urbana-Champaignin materiaalitieteen ja tekniikan tutkijat ovat tutkineet kierteisen sekundaarirakenteen roolia kiinteän peptidipolymeerielektrolyyttien johtavuudessa ja havainneet, että kierteinen rakenne osoittaa huomattavasti parempaa johtavuutta verrattuna "satunnaisiin kelarakenteisiin". Lisäksi kierteinen rakenne lisää materiaalin yleistä stabiilisuutta lämpötilan ja jännitteen suhteen.

"Otimme käyttöön toissijaisen rakenteen - heliksin - käytön kiinteiden materiaalien ioninjohtavuuden perusmateriaaliominaisuuksien suunnittelussa ja parantamisessa", sanoo tätä työtä johtanut professori Chris Evans. "Se on sama heliksi, jonka löydät biologian peptideistä, käytämme sitä vain ei-biologisista syistä."

Polymeereillä on taipumus omaksua satunnaisia konfiguraatioita, mutta polymeerin runkoa voidaan ohjata ja suunnitella muodostamaan kierteinen rakenne, kuten DNA. Tämän seurauksena polymeerillä on makrodipolimomentti - positiivisten ja negatiivisten varausten laajamittainen erottelu.

Kierteen pituudella kunkin yksittäisen peptidiyksikön pienet dipolimomentit summautuvat yhteen muodostaen makrodipolin, joka lisää koko rakenteen johtavuutta ja dielektrisyysvakiota, joka on materiaalin kyvyn varastoida sähköenergiaa ja parantaa varausten kuljetusta. Mitä pidempi peptidi, sitä parempi on kierteen johtavuus.

Evans lisää: "Nämä polymeerit ovat paljon vakaampia kuin tyypilliset polymeerit - heliksi on erittäin vankka rakenne. Voidaan mennä korkeisiin lämpötiloihin tai jännitteisiin verrattuna satunnaisiin kelapolymeereihin, eikä se hajoa tai menetä heliksiään."

Lisäksi, koska materiaali on valmistettu peptideistä, se voidaan hajottaa takaisin yksittäisiksi monomeeriyksiköiksi käyttämällä entsyymejä tai happoa, kun akku on saavuttanut käyttöikänsä lopun. Lähtöaineet voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen erotusprosessin jälkeen, mikä vähentää sen ympäristövaikutuksia.

Aiheesta aiemmin:

Kivestä tulevaisuuden kiintoaineakun perusta?

Erittäin lupaavia elektrolyyttiehdokkaita

Sellulla ja kuparilla parempia ja turvallisempia akkuja