Chlorophylle, du sang, et la vitamine B12 sont tous basés sur la molécule de porphyrine. Mais la porphyrine peut également être utilisée comme matériau d'électrode où elle accélère le processus de charge des batteries rechargeables. Dans le Angewandte Chemie Édition Internationale journal, les chercheurs de KIT présentent maintenant le nouveau système de matériaux qui pourrait marquer le début d'une ère de stockage d'énergie haute performance et de supercondensateurs.

Actuellement, la technologie de batterie la plus utilisée est basée sur les ions lithium. Aucun autre dispositif de stockage rechargeable pour l'énergie électrique n'a des propriétés d'application comparables. Ainsi, les batteries lithium-ion sont actuellement indispensables pour les appareils tels que les ordinateurs portables, smartphone, ou des caméras, même si des propriétés améliorées telles qu'une charge rapide seraient souhaitables. De nombreux matériaux qui améliorent les propriétés des batteries lithium-ion en laboratoire, cependant, ne sont pas des options durables car elles sont rares, cher, toxiques ou nocifs pour l'environnement. Idéalement, les matériaux de stockage d'énergie à haute performance seraient basés sur des ressources renouvelables.

Un groupe de recherche interdisciplinaire dirigé par le professeur Maximilian Fichtner du Helmholtz Institute Ulm, fondée et organisée par KIT, et le professeur Mario Ruben du KIT Institute of Nanotechnology, présente aujourd'hui un nouveau matériau de stockage d'énergie qui permet une inclusion très rapide et réversible des ions lithium. Dans ce but, des groupes fonctionnels ont été ajoutés à la molécule de porphyrine de cuivre organique qui produisent une réticulation structurelle et électroconductrice du matériau lorsque la cellule de batterie est chargée pour la première fois. Cela stabilise considérablement la structure de l'électrode dans les tests en laboratoire et permet plusieurs milliers de cycles de charge-décharge.

Avec ce matériel, des capacités de stockage de 130-170 milliampères-heures par gramme (mAh/g) ont été mesurées en laboratoire - à une moyenne tension de 3 volts - et des temps de charge-décharge d'une minute seulement. Les expériences actuelles suggèrent que la capacité de stockage peut être augmentée de 100 mAh/g supplémentaires et que le système de stockage peut fonctionner non seulement avec du lithium, mais aussi avec le sodium beaucoup plus abondant.

"Les porphyrines sont très souvent présentes dans la nature et sont les constituants de base de la chlorophylle, de pigment sanguin humain et animal (hémoglobine), et de vitamine B12, " explique Fichtner. Des variantes techniques de ces matériaux sont déjà utilisées, par exemple. pour le toner bleu dans les imprimantes laser ou pour la peinture automobile. En liant des groupes fonctionnels à la porphyrine, les scientifiques ont réussi pour la première fois à exploiter ses propriétés spécifiques dans des systèmes de stockage électrique électrochimique. « Les propriétés de stockage sont exceptionnelles car le matériau a la capacité de stockage d'une batterie, mais fonctionne aussi vite qu'un supercondensateur, " dit Fichtner.