Biológia ihlette akkumulátor-kialakítás
A rugalmas vizes akkumulátorok, például a hordozható elektronikában használtak, gyakran tárolnak vizet és sót tartalmazó hidrogél elektrolitot. A természet által ihletett kémiai módosítással egy kínai kutatócsoport most jelentősen megnövelte a nátrium-ion akkumulátorokban használt hidrogélek sóstabilitását. A hidrogél szerkezeti polimerének egyszerű metilezése megakadályozta a sókicsapódást, és javította az akkumulátor kapacitását és a recirkulációs teljesítményt – írja a csapat az Angewandte Chemie folyóiratban.
A nátrium-ion akkumulátorok ígéretes alternatívát jelentenek a lítium-ion akkumulátorokkal szemben, mivel olcsóbb és környezetbarátabb anyagokat tartalmaznak, mint a Li-ion akkumulátorok. Az új akkumulátorokhoz azonban sok új alkatrész kifejlesztésére van szükség, amelyek mindegyikét a nátriumionhoz kell igazítani. Az egyik leglényegesebb alkotóelem az elektrolit, amely vékony, rugalmas akkumulátorok esetén gyakran hidrogél formájú. Ezek a rugalmas, víztartalmú anyagok felszívják az oldott nátriumsókat és ionokat vezethetnek.
A hidrogélek alkalmassága ellenére még megoldatlan probléma a fázisszétválasztás és a sókicsapódás a széles elektrokémiai stabilitási ablakhoz szükséges magas sókoncentrációk mellett. Guanglei Cui és munkatársai a kínai Qingdao-i Kínai Tudományos Akadémiáról most egy hidrogélt módosítottak egy nátrium-ion akkumulátorhoz, hogy az sokkal több sót szívjon fel stabilan és biztonságosan.
Ennek érdekében a nagy biomolekulák víz- és sókötődésének szabályozására a természetben is alkalmazott technikához folyamodtak: a metilációhoz. A fehérjékben a metiláció az amin- és amidcsoportok „lezárását” okozza, amelyek kevésbé hozzáférhetők a fehérjeszerkezeten belüli térhálósodásban és a sóionok oldásában szerepet játszó vízmolekulák számára.
Mivel a hidrogélekhez használt poliamid polimerek amidcsoportokat is tartalmaznak, a vízmolekulákon keresztül történő kiterjedt térhálósodásuk kisózást okozhat, ami az elektrolit lebomlásához vezet. Ezt szem előtt tartva a csapat egy közönséges poliamidból készült hidrogélt hasonlított össze egy metilezett amidcsoportokat tartalmazó poliamidból készült hidrogéllel. Ez utóbbi lényegesen több sót tudott felvenni, mint az eredeti változat. A hidrogél elektrolit még rekordmagas sókoncentráció esetén is átlátszó és stabil maradt.
A magasabb sótartalom azt jelenti, hogy a cella elektrokémiailag hasznosítható feszültségtartománya bővíthető. Ráadásul a csapat nem észlelt szétesés jeleit az elektródáknál, a jobb ciklusstabilitás és az összeszerelt akkumulátorcella nagyobb kapacitást ért el, mint a nem metilált változat. Ebben a rendszerben még olcsó alumíniumfóliát is lehetett használni áramgyűjtőként.
A szerzők azt sugallják, hogy az egyszerű poliamid-metilezés más technológiákhoz is alkalmas lehet, például gyógyszerfejlesztésben, hogy a hidrogélek ellenállóbbá és ezáltal stabilabbá váljanak a sók ellen.
