Representação esquemática do conceito de bateria totalmente orgânica, estruturas químicas / nomenclatura e método de polimerização. Os precursores triméricos (a) foram usados no procedimento de polimerização pós-deposição (b) para formar polímeros com características semelhantes aos formados a partir de unidades monoméricas. Na polimerização pós-deposição, o trímero é primeiro dissolvido em um eletrólito orgânico, seguido de fundição por gota e secagem. Subseqüentemente, o filme trimer é oxidado, ou i) eletroquimicamente em uma solução aquosa de 0,5 m H 2 TÃO 4 solução por voltametria cíclica entre 0,0 e 1,21 V vs. SHE a 10 mV s -1 ou aplicando um potencial de 0,81 V vs. SHE por 3000 s ou ii) quimicamente por imersão em uma solução aquosa ácida contendo 1 m de FeCl 3 como oxidante, resultando na formação de uma camada de polímero preta. O material do ânodo (c) consistia em pEP (NQ) E , que foi formado por polimerização oxidativa de EP (NQ) E . De forma similar, o material do cátodo pEP (QH 2 ) E (d) foi formado a partir de EP (QH 2 ) E . A condutividade foi alcançada a partir de um backbone de politiofeno (e) que foi oxidado / dopado, por exemplo, com HSO 4 - . A bateria (meio) foi montada como uma bateria de prótons totalmente orgânica usando 0,5 m H 2 TÃO 4 (aq) eletrólito, que permitiu um movimento de cadeira de balanço dos prótons. A atividade redox do ânodo e do cátodo depende do processo redox de dois elétrons e dois prótons (2e2 H) dos pingentes (f e g). Quando a bateria está carregada, os grupos pendentes de quinona estão no Q e NQH 2 estados, para o eletrodo positivo (cátodo) e eletrodo negativo (ânodo), respectivamente. Durante a alta, o material catódico ativo é convertido em QH 2 enquanto o ânodo é convertido em NQ. E =3, 4-etilenodioxitiofeno; NQ =naftoquinona; NQH 2 =nafto-hidroquinona; P =3, 4-propilenodioxitiofeno; p =polimerizado; Q =benzoquinona; QH 2 =hidroquinona. Angewandte Chemie International Edition (2020). DOI:10.1002 / anie.202001191
O armazenamento sustentável de energia está em grande demanda. Pesquisadores da Universidade de Uppsala desenvolveram uma bateria de prótons totalmente orgânica que pode ser carregada em questão de segundos. A bateria pode ser carregada e descarregada mais de 500 vezes sem nenhuma perda significativa de capacidade. Seu trabalho foi publicado na revista científica Angewandte Chemie .
Os pesquisadores conseguiram demonstrar que sua bateria pode ser facilmente carregada com uma célula solar. O carregamento também pode ser realizado sem o auxílio da eletrônica avançada que, por exemplo, exigem baterias de lítio. Outra vantagem da bateria é que ela não é afetada pela temperatura ambiente.
"Tenho certeza de que muitas pessoas estão cientes de que o desempenho das baterias padrão diminui em baixas temperaturas. Demonstramos que esta bateria de prótons orgânica retém propriedades como capacidade de até -24 ° C, "diz Christian Strietzel do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Uppsala.
Muitas das baterias fabricadas hoje têm um grande impacto ambiental, até devido à mineração dos metais neles utilizados.
"O ponto de partida de nossa pesquisa foi, portanto, desenvolver uma bateria construída a partir de elementos comumente encontrados na natureza e que podem ser usados para criar materiais orgânicos de bateria, "explica Christian Strietzel.
Por esta razão, a equipe de pesquisa escolheu quinonas como o material ativo em sua bateria. Esses compostos de carbono orgânico são abundantes na natureza, entre outras coisas que ocorrem na fotossíntese. A característica das quinonas que os pesquisadores utilizaram é sua capacidade de absorver ou emitir íons de hidrogênio, que, claro, contém apenas prótons, durante o carregamento e o descarregamento.
Uma solução aquosa ácida tem sido usada como eletrólito, o componente vital que transporta íons dentro da bateria. Além de ser ecologicamente correto, isso também fornece uma bateria segura, livre de risco de explosão ou incêndio.
"Resta muito desenvolvimento adicional a ser feito na bateria antes que ela se torne um item doméstico; no entanto, a bateria de prótons que desenvolvemos é um grande passo para sermos capazes de fabricar baterias orgânicas sustentáveis no futuro, "diz Christian Strietzel.
