Förbättring av fasta elektrolyter i batterier med hjälp av helikala peptidstrukturer

StockholmForskare vid University of Illinois Urbana-Champaign har upptäckt nya metoder för att förbättra fastfas-elektrolyter genom att använda helixformade peptidstrukturer. Fastfas-elektrolyter är viktiga eftersom de är säkrare än de flytande elektrolyterna som vanligtvis används i batterier. Dessa nya helixstrukturer förbättrar avsevärt elektrolytens förmåga att leda elektricitet och förbli stabil, vilket gör dem till en ny standard för avancerade material.

Studien identifierade flera fördelar med att använda helikala peptidstrukturer.

• Förbättrad ledningsförmåga jämfört med slumpmässigt orienterade strukturer
• Ökad stabilitet vid höga temperaturer och spänningar
• Förbättrad dielektrisk konstant
• Möjlighet att återgå till monomerenheter för återvinning

Traditionella polymerer har ofta slumpmässiga strukturer. Genom att utforma dem med en spiralform kan deras egenskaper förbättras. Spiralen efterliknar strukturen hos biologiska peptider och bidrar till energilagring. Denna struktur skapar ett starkt makrodipolmoment genom att små dipolmoment anpassas längs spiralen. Detta förbättrar materialets laddningstransport och ökar dess dielektriska konstant, vilket gör det mer effektivt för att lagra elektrisk energi.

Längre helikala peptider har högre ledningsförmåga, vilket gör längden viktig för framtida design. Professor Chris Evans, huvudforskaren, betonade att dessa polymerer är mycket starka. De behåller sin struktur även under hög belastning, till skillnad från traditionella polymerer som kan brytas ner.

Läs också:

Idag · 15:57

Ny forskning: Enkla celler visar lärande utan hjärnor

Heliska peptidpolymerer förbättrar inte bara prestandan utan är också mer miljövänliga. När batteriets livslängd tar slut kan enzymer eller syra bryta ner peptidmaterialet till dess grundläggande enheter. Denna process möjliggör återvinning och återanvändning av material, vilket kraftigt minskar avfall och miljöpåverkan.

Forskning visar att helikala peptidstrukturer kan vara mycket betydelsefulla för framtida solid state-batterier. Dessa strukturer förbättrar batteriers elektriska ledningsförmåga och stabilitet, samtidigt som de är mer miljövänliga. Detta kan hjälpa till att lösa många av problemen med dagens batteriteknik.

Denna betydelsefulla forskning publicerades i Nature Materials och finansierades av USA:s nationella vetenskapsstiftelse och energidepartementet. Ett mångsidigt team från University of Illinois samarbetade, med medverkan av flera avdelningar och institut, vilket understryker vikten av samarbete mellan olika områden.