p (Phys.org) —Os taninos podem ser mais conhecidos por sua presença no vinho tinto e no chá, mas em um novo estudo, os pesquisadores demonstraram pela primeira vez que os taninos da casca de árvore também podem servir como materiais de cátodo de bateria. Como a casca da árvore tem aproximadamente 15% de taninos em peso, os taninos são naturalmente abundantes, que é um fator que os torna um material promissor para projetos sustentáveis, baixo custo, sem metal, baterias de alto desempenho. p Além de sua ampla disponibilidade, outra razão pela qual os taninos parecem ser um material de bateria tão promissor são seus altos níveis de fenol - eles têm o maior conteúdo de fenol entre qualquer polímero produzido por organismos vivos. Altos níveis de fenol são importantes porque o mecanismo de armazenamento de carga primária da bateria à base de tanino é uma reação química reversível na qual o fenol é convertido em quinona.

p Os pesquisadores, liderado por Hongli Zhu na Northeastern University em Boston, junto com a estudante de doutorado Alolika Mukhopadhyay como autora principal e co-autores do Laboratório Nacional de Energia Renovável em Golden, Colorado, publicaram um artigo sobre o cátodo da bateria de tanino em uma edição recente da Nano Letras .

p "O maior benefício de usar um tanino de polímero renovável é que a natureza produz uma grande quantidade de tanino, que pode ser extraído da casca subutilizada com custo e esforços mínimos, "Zhu disse Phys.org . "Os grupos hidroxila fenólicos redox ativos dos taninos são mais de 5000 vezes maiores do que a lignina, que antes era considerado o biopolímero mais promissor para armazenamento de energia eletroquímica. Devido ao baixo peso molecular significativo do tanino e ao teor de hidroxil fenólico extremamente alto, a rede interpenetrante de taninos e polipirrol mostra um excelente desempenho eletroquímico. Acreditamos que o tanino é o novo campeão dos biopolímeros redox ativos que ocorrem naturalmente. "

p Em experimentos, os pesquisadores demonstraram que um tipo de tanino chamado "elagitanino" extraído da casca de um castanheiro pode ser usado para fabricar cátodos de bateria para baterias que apresentam um excelente desempenho geral, incluindo grande capacitância e alta densidade de energia. O design consiste em elagitanino combinado com o polímero polipirrol para alta condutividade, que é colocado em cima de um substrato de madeira carbonizada.

p O substrato de madeira também contribui para o bom desempenho da bateria devido aos canais altamente alinhados em sua estrutura celular. Esses canais, que a planta costumava usar para transportar água e nutrientes, agora são usados ​​para transportar elétrons e íons na nova bateria.

p Embora a fabricação de baterias a partir de taninos represente uma grande mudança em relação ao uso de materiais convencionais de metal, como o lítio, o composto de ocorrência natural pode oferecer soluções para dois dos maiores desafios enfrentados pelos sistemas de armazenamento de energia do futuro:a escassez de materiais metálicos e o alto custo da síntese de materiais. Como os pesquisadores demonstram no novo estudo, taninos que ocorrem naturalmente podem ser purificados a baixo custo para uso em baterias.

p Pesquisas anteriores indicaram que outros materiais à base de plantas também parecem promissores como materiais alternativos para baterias. Um biopolímero que tem sido amplamente estudado é a lignina, que se encontra nas paredes celulares das plantas e dá à madeira e à casca sua estrutura rígida. Embora amplamente abundante, a lignina tem um alto peso molecular em comparação com seu conteúdo de fenol relativamente baixo. Como o conteúdo de fenol determina amplamente o desempenho eletroquímico, como a densidade de energia e capacidade de armazenamento, o baixo teor de fenol da lignina limita o desempenho potencial das baterias à base de lignina.

p Uma das maiores vantagens dos taninos é que eles têm um peso molecular menor do que a lignina, enquanto seu conteúdo de fenol é 5, 000 vezes maior. Essas diferenças oferecem o potencial para a fabricação de baterias com densidades e capacidades de energia muito maiores.

p Como os pesquisadores começaram a investigar o potencial dos taninos nas baterias, eles esperam que seja possível melhorar ainda mais o desempenho dessas baterias no futuro.

p "A capacidade de armazenamento de carga do tanino é alta, "Zhu disse." No entanto, a solubilidade aquosa intrinsecamente alta do tanino levou à perda de material efetivo, causando enfraquecimento da capacidade com o tempo. Portanto, estamos tentando modificar quimicamente o tanino para garantir um desempenho estável e seguro em um ambiente hostil. " p © 2017 Phys.org