Neue Fortschritte: Verbesserung fester Elektrolyte durch schraubenförmige Peptidstrukturen an der University of Illinois

BerlinWissenschaftler der University of Illinois Urbana-Champaign haben neuartige Methoden zur Verbesserung fester Elektrolyte durch den Einsatz von helixförmigen Peptidstrukturen entwickelt. Festkörper-Elektrolyte sind wichtig, da sie sicherer sind als die in Batterien häufig verwendeten Flüssig-Elektrolyte. Diese neuen Helixstrukturen erhöhen die Leitfähigkeit und Stabilität der Elektrolyte erheblich und setzen neue Maßstäbe für fortschrittliche Materialien.

Die Untersuchung zeigte zahlreiche Vorteile der Anwendung von helikalen Peptidstrukturen auf.

• Verbesserte Leitfähigkeit im Vergleich zu zufälligen Kettenstrukturen
• Erhöhte Stabilität bei hohen Temperaturen und Spannungen
• Verbesserte Dielektrizitätskonstante
• Fähigkeit zur Rückführung in Monomereinheiten für das Recycling

Traditionelle Polymere haben meist eine zufällige Struktur. Durch die gezielte Gestaltung in einer Spiralform verbessern sich ihre Eigenschaften erheblich. Diese Helix ahmt die Struktur biologischer Peptide nach und unterstützt die Energiespeicherung. Die Struktur erzeugt ein starkes Makrodipolmoment, indem sie kleine Dipolmomente entlang der Helix ausrichtet. Dadurch wird der Ladungstransport im Material verbessert und die dielektrische Konstante erhöht, was die Effizienz bei der Speicherung elektrischer Energie steigert.

Längere helikale Peptide haben eine höhere Leitfähigkeit, was ihre Länge zu einem wichtigen Faktor für zukünftige Designs macht. Professor Chris Evans, der leitende Forscher, betonte, dass diese Polymere sehr robust sind. Sie behalten ihre Struktur selbst unter hoher Belastung, im Gegensatz zu herkömmlichen Polymeren, die auseinanderbrechen könnten.

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Helikale Peptid-Polymeren verbessern nicht nur die Leistung, sondern sind auch umweltfreundlicher. Nach dem Ende der Lebensdauer der Batterie können Enzyme oder Säure das Peptid-Material in seine Grundbestandteile zersetzen. Dieser Prozess ermöglicht die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien und reduziert so erheblich den Abfall und die Umweltauswirkungen.

Forschungen zeigen, dass helical-Peptidstrukturen von großer Bedeutung für zukünftige Festkörperbatterien sein könnten. Diese Strukturen verbessern sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Stabilität der Batterien und sind zudem umweltfreundlicher. Dies könnte viele der aktuellen Probleme der Batterietechnologie lösen helfen.

Diese bedeutende Forschung wurde in Nature Materials veröffentlicht und von der U.S. National Science Foundation und dem Energieministerium finanziert. Ein vielfältiges Team der Universität Illinois arbeitete interdisziplinär zusammen und unterstrich so die Notwendigkeit der Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachbereichen und Instituten.