锂离子电池为当今许多技术提供动力,从我们的手机、耳塞到下一代的电动汽车。

然而,电池中含有钴,必须开采出来。只有很小比例的锂离子电池被回收,这增加了对金属和其他战略元素的需求。

德克萨斯A&M大学的一个团队开发了一种无金属电池,用有机元素取代钴:盐电解质和多肽的阴极和阳极。

该团队表示,可回收的建筑最大限度地减少了对战略性金属的依赖,是可持续设计的重要一步。全多肽有机电池随需降解。

“通过远离锂,使用这些多肽,这是蛋白质的组成部分,它真的把我们带进了这个领域,不仅避免了开采贵金属的需要,而且为可穿戴或可植入电子设备提供动力,也很容易回收新电池。”凯伦·伍利医生说他是理学院化学系的杰出教授和W.T. Doherty-Welch化学主席。

多肽电池是可降解的,可能是可回收的,无毒的,更安全,伍利说,他还与艾氏涂料系统主席兼阿蒂·麦克费林化学工程系教授Jodie Lutkenhaus博士一起参与了该项目。(该团队的研究发表在五月号自然)。

多肽可作为阳极和阴极材料。氧化还原活性多肽在电池运行过程中是活跃和稳定的,随后在酸性条件下按需降解,生成氨基酸、其他构件和降解产物。

卢肯豪斯博士表示,由氧化还原活性氨基酸大分子组成的有机电池的可降解性是这项研究的主要突破之一。

卢肯豪斯说:“目前锂离子电池的最大问题是,它们没有达到我们未来电气化运输经济所需的回收程度。”“现在锂离子电池的回收率只有个位数。锂离子电池中有很有价值的材料,但回收起来非常困难,而且能耗很大。”

在简短的问答中技术简介下面,卢肯豪斯将解释更多关于可回收电池的重要性,以及在有机电池为我们的设备供电之前需要做些什么。

技术简介为什么你认为开发一种电池的替代化学物质是如此重要?

朱迪·Lutkenhaus教授当前的锂离子电池并不经常被回收,因为回收过程仍然具有挑战性和能源密集型。开发一种可替代的电池化学物质使我们能够从最初的概念开始设计回收或降解能力。

技术简介要让这些电池成为主流,需要做些什么?

Lutkenhaus教授:这些电池要获得主流的采用,必须提高电池的容量和循环寿命。此外,为了真正实现可回收电池,降解产物需要被分离和重组。

技术简介这些构建模块可以被反复使用吗?

Lutkenhaus教授如果我们能分离降解产物,那么我们就能将它们重新聚合成活性的阴极和阳极。这样,我们就可以在电池的使用周期中实现一个完整的循环。

技术简介与锂离子电池相比,它的储能能力如何?

Lutkenhaus教授我们电池的初始容量约为锂离子电池的30%。然而,随着长期循环,我们的容量下降到锂离子电池的10%左右。

技术简介:电池的组成部分是什么?电池与常规设置最重要的区别是什么?它看起来有什么不同?

Lutkenhaus教授我们电池的基本结构是阴极、阳极和电解质的传统组合,但我们使用的材料与锂离子电池完全不同。我们用多肽正极和有机盐电解质来代替传统的电池材料。(卢肯豪斯教授的博客文章要学习更多的知识。)

技术简介:如何创造一种酸性环境来降解需要的电池?

Lutkenhaus教授为了引起降解,我们将电池组件暴露在酸中。多肽链随后被水解并分解成更小的结构块。

技术简介是什么激发了你尝试这种建筑?

Lutkenhaus教授我们设计这种电池的灵感来自与钴矿相关的社会政治问题,以及潜在的供应链压力。

技术简介你下一步将从事什么工作?

Lutkenhaus教授我们的下一个任务是提高电池的容量和循环寿命,使电池的使用寿命更长,提供更多的能量。我们还在研究如何将这些电池应用于人体,为生物医学设备提供能量。

技术简介你对提高电池的容量有多大希望?你能想象这种电池在未来10-20年内被使用吗?

Lutkenhaus教授提高电池的容量应该不会太难。这就需要将氧化还原活性基团换成活性更强的基团。我们还需要在循环过程中停止溶解。我认为一种遵循这一概念的电池——即活性材料可以分解并重新组装——在未来10-20年里可以使用。这将要求研究人员从头开始重新设计电池的化学成分,不仅要考虑性能,还要考虑分解和重组。

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