Planeetvriendelijke proton batterijen komen op de lijst van lithium-ion alternatieven

Onderzoekers van de UNSW Sydney hebben met succes een nieuwe organische protonenbatterij gemaakt. De kern van de batterij is gebaseerd op een nieuw gesynthetiseerde organische verbinding die bekend staat als tetraamino-benzoquinone (TABQ). De onderzoekers zijn enthousiast omdat de batterij een levensvatbaar en duurzaam alternatief is voor de huidige lithiumstandaard en verschillende voordelen biedt ten opzichte van oudere technologie.

Eén fundamentele verbetering die protonbatterijen hebben ten opzichte van lithium-ionbatterijen is dat ze niet afhankelijk zijn van lithium. Lithium is een beperkte hulpbron en is niet overal ter wereld in gelijke mate beschikbaar, wat vaak tot problemen met de levering en de handel leidt. Bovendien is lithium gevaarlijk als het verkeerd wordt gebruikt en heeft het de reputatie moeilijk te recyclen te zijn. In plaats daarvan gebruikt de protonbatterij TABQ, een moleculair gemodificeerde versie van tetrachloorbenzoquinon of TCBQ. TCBQ is al bekend en wordt gebruikt als elektrodemateriaal, maar is niet efficiënt genoeg voor wat een batterij doet, namelijk chemische energie opslaan en omzetten in elektrische energie. Gelukkig voor onderzoekers is TCBQ het perfecte uitgangspunt voor TABQ, omdat het een structuur heeft die veel beter geschikt is om protonen vast te houden.

Net als andere batterijen zetten protonenbatterijen chemische energie om in elektrische energie door middel van een anode en kathode. Voor deze protonenbatterijen is de gebruikte anode TABQ omdat het zo goed protonen kan vasthouden, en de kathode is TCBQ. Daartussen gebruikten onderzoekers water om de overdracht van protonen te vergemakkelijken. Water is ook een belangrijk voordeel ten opzichte van lithium omdat water niet snel vlam vat, in tegenstelling tot het zeer ontvlambare lithiumzout dat in Li-ion-batterijen wordt gebruikt. Bovendien helpt water effectief bij het verlies en de winst van elektronen tussen de twee materialen, ook bekend als een redoxreactie, waardoor de batterij uiteindelijk werkt.

De eerste tests van de batterij zijn veelbelovend. Onderzoekers testten de batterij met succes gedurende 3500 laadcycli, en de batterij vertoonde een aantal positieve eigenschappen. De accu heeft een hoge capaciteit en is zeer krachtig dankzij de capaciteit en affiniteit van TABQ voor protonen. Protonen bieden het voordeel dat ze snel bewegen, wat snellere oplaadtijden en watergebruik betekent, waardoor de batterij veel veiliger is dan li-ion. Hoewel het momenteel niet goedkoop is om te synthetiseren, zorgt TABQ ervoor dat fabrikanten deze batterij kunnen maken van organische materialen die overvloedig beschikbaar zijn. Hopelijk zullen dergelijke opwindende en veelbelovende resultaten de ontwikkeling van deze krachtige en milieuvriendelijke technologie versnellen.