Helixvormige peptidestructuren verbeteren vastestofelektrolyten: verhoogde geleidbaarheid en stabiliteit ontdekt

AmsterdamOnderzoekers van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign hebben nieuwe methoden ontdekt om solid-state elektrolyten te verbeteren met behulp van helixvormige peptide-structuren. Solid-state elektrolyten zijn essentieel omdat ze veiliger zijn dan de vloeibare elektrolyten die doorgaans in batterijen worden gebruikt. Deze nieuwe helixstructuren verhogen aanzienlijk de elektrische geleiding en stabiliteit van deze elektrolyten, waardoor ze als nieuwe standaard voor geavanceerde materialen worden beschouwd.

Het onderzoek onthulde verschillende voordelen van het gebruik van helixvormige peptidestructuren.

• Betere geleiding vergeleken met willekeurige coil-tegenhangers
• Verhoogde stabiliteit bij hoge temperaturen en spanningen
• Verbeterde diëlektrische constante
• Mogelijkheid om terug te keren naar monomeer eenheden voor recycling

Traditionele polymeren hebben vaak willekeurige structuren. Door ze te ontwerpen met een spiraalvorm, verbeteren hun eigenschappen aanzienlijk. De spiraal imiteert de structuur van biologische peptiden en helpt bij energieopslag. Deze vorm creëert een sterk macrodipoolmoment door het uitlijnen van kleine dipoolmomenten langs de spiraal. Dit verbetert het ladingsvervoer van het materiaal en verhoogt de diëlektrische constante, waardoor de opslag van elektrische energie efficiënter wordt.

Langere helicale peptiden hebben een hogere geleidingscapaciteit, wat hun lengte cruciaal maakt voor toekomstige ontwerpen. Professor Chris Evans, de hoofdonderzoeker, benadrukte dat deze polymeren zeer sterk zijn. Ze behouden hun structuur zelfs onder hoge druk, in tegenstelling tot traditionele polymeren die kunnen breken.

Lees ook:

Gisteren · 12:21

Verborgen dieptegeheimen: Arima-bronwater en aardbevingsrisico

Helische peptidepolymeren verbeteren niet alleen de prestaties, maar zijn ook beter voor het milieu. Aan het einde van de levensduur van de batterij kunnen enzymen of zuren het peptidemateriaal afbreken tot zijn basiscomponenten. Dit proces maakt het mogelijk om materialen terug te winnen en opnieuw te gebruiken, waardoor afval en milieu-impact aanzienlijk worden verminderd.

Onderzoek toont aan dat helical peptidenstructuren zeer belangrijk kunnen zijn voor toekomstige solid-state batterijen. Deze structuren verbeteren de elektrische geleiding en de stabiliteit van batterijen, terwijl ze ook milieuvriendelijker zijn. Dit zou veel van de huidige problemen met batterijtechnologie kunnen oplossen.

Dit baanbrekende onderzoek, dat werd gepubliceerd in Nature Materials, werd gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation en het Ministerie van Energie. Een divers team van de Universiteit van Illinois werkte samen, met betrokkenheid van meerdere afdelingen en instituten, wat het belang van samenwerking tussen verschillende vakgebieden benadrukt.