Clorofila, sangue, e a vitamina B12 são todos baseados na molécula de porfirina. Mas a porfirina também pode ser usada como um material de eletrodo, onde acelera o processo de carregamento de baterias recarregáveis. No Angewandte Chemie International Edition Diário, os pesquisadores do KIT apresentam agora o novo sistema de materiais que pode marcar o início de uma era de armazenamento de energia de alto desempenho e supercapacitores.

Atualmente, a tecnologia de bateria mais usada é baseada em íons de lítio. Nenhum outro dispositivo de armazenamento recarregável para energia elétrica tem propriedades de aplicação comparáveis. Assim, baterias de íon de lítio são atualmente indispensáveis ​​para dispositivos como laptops, smartphones, ou câmeras, mesmo que propriedades melhoradas, como carregamento rápido, sejam desejáveis. Muitos materiais que melhoram as propriedades das baterias de íon de lítio no laboratório, Contudo, não são opções sustentáveis ​​porque são raras, caro, tóxico ou prejudicial ao meio ambiente. Idealmente, materiais de armazenamento de energia de alto desempenho seriam baseados em recursos renováveis.

Um grupo de pesquisa interdisciplinar liderado pelo Professor Maximilian Fichtner do Helmholtz Institute Ulm, fundado e organizado pelo KIT, e o professor Mario Ruben do KIT Institute of Nanotechnology, agora apresenta um novo material de armazenamento de energia que permite uma inclusão muito rápida e reversível de íons de lítio. Para este propósito, grupos funcionais foram adicionados à molécula de porfirina de cobre orgânica que produzem reticulação estrutural e eletrocondutora do material quando a célula da bateria é carregada pela primeira vez. Isso estabiliza significativamente a estrutura do eletrodo em testes de laboratório e permite vários milhares de ciclos de carga-descarga.

Com este material, capacidades de armazenamento de 130-170 miliamperes-hora por grama (mAh / g) foram medidas no laboratório - a uma tensão média de 3 Volts - e tempos de carga e descarga de apenas um minuto. Os experimentos atuais sugerem que a capacidade de armazenamento pode ser aumentada em mais 100 mAh / ge que o sistema de armazenamento pode ser operado não apenas com lítio, mas também com o sódio muito mais abundante.

"As porfirinas ocorrem com muita frequência na natureza e são os constituintes básicos da clorofila, do pigmento do sangue humano e animal (hemoglobina), e da vitamina B12, "Fichtner explica. Variantes técnicas desses materiais já estão em uso, por exemplo. para toner de cor azul em impressoras a laser ou para pintura de automóveis. Ao ligar grupos funcionais a porfirina, os cientistas conseguiram alavancar suas propriedades específicas em sistemas de armazenamento elétrico eletroquímico pela primeira vez. “As propriedades de armazenamento são excepcionais porque o material tem a capacidade de armazenamento de uma bateria, mas funciona tão rápido quanto um supercapacitor, "Fichtner diz.