03.05.2022 • Energie

Neue Kathoden für Protonen-Akkus

Organische Sulfonamide zeigen sich als robustes und flexibles Material.

Protonen-Akkus gelten als möglicher Ersatz für Lithium-Ionen-Akkus. Sie speichern die Ladung nicht in Form von Lithiumionen, sondern durch Übertragung der leichten und beweglichen Protonen. Dadurch entfällt bei diesem Batterietyp der umwelt­schädliche Abbau von Lithium. Zudem sorgen die beweglichen Protonen für deutlich kürzere Ladezeiten als bei anderen Batterie­typen. Verbessert werden muss jedoch noch die Leistung der Elektroden. So erreicht die positive Elektrode, die Kathode, noch eine recht niedrige Ausgangs­spannung. Bingan Lu und seine Kollegen von der chinesischen Hunan-Universität in Changsha haben nun das Material der Elektrode grundlegend verändert. Anstelle von organischen Carbonyl­verbindungen oder Cyanid-basierten Farbstoffen setzten sie organische Sulfonamide als Kathoden­material ein.

Abb.: Sulfonamide taugen als robustes Kathoden­material für Protonen-Akkus....
Abb.: Sulfonamide taugen als robustes Kathoden­material für Protonen-Akkus. (Bild: Ang. Ch., Wiley-VCH)

Sulfonamide speichern die Protonen nicht am Sauerstoff, wie das bei den Carbonyl­verbindungen der Fall ist, sondern am Stickstoff der Sulfonamid­gruppe. „Das Stickstoff­atom hat eine freie Stelle mehr als das Sauerstoffatom, kann fremde Elektronen aufnehmen und wird dadurch viel mani­pulierbarer“, erläutern die Forschenden. Durch Anbringen von elektronen­ziehenden Gruppen am Molekülgerüst steigerten sie das elektrische Potential des Materials. Die erreichte Ausgangsspannung lag bei einem Volt, zwanzig Prozent höher als bei den besten konkur­rierenden Materialien. Dabei sei durch geschicktes Molekül­design noch Luft nach oben, schreiben die Forschenden.

Für einen vollständige Protonen-Akku entwickelten Lu und Kollegen auch einen gelartigen Elektrolyten, der an das Kathoden­material angepasst war und einen flexiblen Aufbau ermöglichte. Das biegsame Akku-Pack überstand 600 Lade-Entlade­zyklen ohne Kapazitäts­verlust. Der Vorteil der Sulfonamide sei aber nicht nur die chemische Manipulierbarkeit. Das neue Kathoden­material sei auch einfach herzustellen, unter normalen Umgebungs­bedingungen stabil und löse sich kaum in Wasser. Da solche Sulfonamid-basierte Protonen-Akkus keine Schwer­metalle enthalten, sondern nur aus ungiftigen organischen Verbindungen bestehen, seien sie laut Aussage der Wissen­schaftler auch einfach zu recyclen.

Wiley-VCH / JOL

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Meist gelesen

Photo
14.09.2023 • NachrichtForschung

Knick im Jet

Verbogener Jet aus supermassereichem schwarzem Loch vermutlich auf Präzession der Jet-Quelle zurückzuführen.

Themen