生产蛋白质电池,以实现更安全,环保的动力存储

生产蛋白质电池,以实现更安全,环保的动力存储

九月4,2019
玛西娅·冈萨雷斯(MarciaGonzález)

蛋白质有助于肌肉发达,但它们的构成要素也可能有助于构建可持续的有机电池,这种有机电池有朝一日可以成为常规锂离子电池的可行替代品,而无需担心安全和环境问题

通过使用构成蛋白质的合成多肽和其他聚合物,研究人员已迈出了为此类电源构建电极的第一步。 这项工作还可以为电子转移机理提供新的认识。

研究人员在2019年8月25日至29日在圣地亚哥举行的美国化学学会(ACS)2019年秋季全国会议暨展览会上介绍了他们的结果。

“目前电池领域的趋势是研究电子如何在聚合物网络中传输,”帮助开发该项目的博士生Tan Nguyen建议。 多肽的优点在于,我们可以控制3D侧链的化学反应,而无需更改骨架的几何形状或结构的主要部分。 然后我们可以系统地研究改变侧链不同方面的影响。”

当前的锂离子电池可能会危害环境,并且由于回收它们的成本高于从头开始制造它们的成本,因此它们通常会堆积在垃圾填埋场中。 目前,还没有安全的处置方法。 开发基于蛋白质或有机的电池将改变这种情况。

“沿肽主链的酰胺键非常稳定-因此具有持久性,然后我们可以在它们断裂以进行回收时触发,”德克萨斯农工大学团队的Karen Wooley博士解释说。 她设想多肽最终可用于诸如流动电池等用于存储电能的应用中。 Wooley补充说:“另一个优势是,通过使用这种类似蛋白质的体系结构,我们可以构建自然界中蛋白质中已经发现的已经有效传输电子的各种构象。” “我们还可以对此进行优化以控制电池性能。”

研究人员使用由炭黑复合材料制成的电极构建了该系统,构建了含有紫精或2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基(TEMPO)的多肽。 他们将紫精素附着到用于阳极(即负极)的基质上,并使用含有TEMPO的多肽作为阴极(即正极)。 紫精和TEMPO是氧化还原活性分子。 Nguyen说:“到目前为止,我们对两种材料之间的电位窗口测量的范围约为1.5V,适用于低能耗要求的应用,例如生物传感器。”

为了潜在地用于有机电池中,Nguyen合成了几种采用不同构型的聚合物,例如无规线圈,α螺旋和β片,以研究其电化学特性。 有了这些肽,Nguyen现在正在与德克萨斯州农工大学Jodie Lutkenhaus博士实验室的博士生Alexandra Danielle Easley合作,制造电池原型。 这项工作的一部分将包括测试,以更好地了解聚合物在基材上组织时的功能。

尽管这种早期研究还远未达到有机电池的商用范围,但蛋白质可以提供的灵活性和结构多样性有望为可持续的能量存储提供广阔的潜力,从而对环境更安全。

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