Американские ученые разработали аккумулятор, который полностью состоит из органических материалов. В качестве анода и катода в нем используются виологены и нитроксильные радикалы, а сам аккумулятор нетоксичен, безопасен и легко утилизируется. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Появление литий-ионных аккумуляторов было настоящей технологической революцией, которая так или иначе подтолкнула развитие производства почти во всех сферах. Устройства с подобными батареями сегодня используются во всем мире. Они достаточно дешевы и эффективны. Однако с литий-ионными аккумуляторами связаны сложные этические и экологические проблемы. В частности, в них используется значительное количество кобальта. А этот металл часто добывается в опасных условиях и с использованием детского труда. При этом только небольшое число использованных литий-ионных аккумуляторов перерабатывается, что вредно для экологии.
Команда ученых из Техасского университета A&M нашла способ избавится как от кобальта, так и от литий-ионных батарей. Они разработали аккумулятор, который не содержит металлов. Вместо них в нем используются виологены и нитроксильные органические радикалы, которые работают в качестве окислительно-восстановительных активных комплексов вдоль основных полипептидных цепей. Они играют роль анодного и катодного материалов соответственно.
«Отходя от лития и работая с полипептидами — компонентами белков, — мы не только избавляемся от необходимости добычи драгоценных металлов, но и открываем возможности для питания носимых или имплантируемых электронных устройств, а также легкой утилизации новых батарей. Они (полипептидные батареи — InScience.News) могут разлагаться, пригодны для вторичной переработки, нетоксичны и более безопасны во всех отношениях», — рассказала одна из авторов исследования, заслуженный профессор химического факультета Техасского университета A&M Карен Вули.
Полностью полипептидная батарея помогает решить проблему своей утилизации. Компоненты новой аккумуляторной платформы могут быть при необходимости разрушены. Затем их можно использовать для образования аминокислот, других строительных блоков и продуктов разложения. Это один из главных результатов исследования, отмечают ученые.
«Большая проблема с литий-ионными батареями прямо сейчас заключается в том, что они не перерабатываются в той степени, которая нам понадобится для будущей электрифицированной транспортной экономики. Уровень утилизации литий-ионных аккумуляторов в настоящее время выражается однозначными числами. В литий-ионных аккумуляторах содержится ценный материал, но его очень сложно и энергоемко восстанавливать», — пояснила другой автор исследования Джоди Люткенхаус.
Ученые отмечают, что разработка безметалловой и полностью полипептидной батареи, состоящей из окислительно-восстановительных макромолекул аминокислот, которые разлагаются по мере необходимости, знаменует собой серьезный прогресс в области разработки перерабатываемых батарей для устойчивого развития. В дальнейшем ученые планируют использовать машинное обучение для оптимизации материалов и конструкции аккумуляторной площадки.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
