Протеины хороший для наращивания мышц, но их блоки также могут быть полезны для построения устойчивых органических батарей, которые могли бы когда-нибудь быть жизнеспособной заменой для обычных литий-ионных батарей, без их безопасности и экологичности. С помощью синтетических полипептидов — которые составляют белки и другие полимеры, ученые предприняли первые шаги по созданию электродов для таких источников питания. Данная работа может также обеспечить новое понимание механизмов переноса электронов.
Исследователи представят результаты сегодня у Американского химического общества (ACS) осенью 2019 Национального собрания и выставки.
«Тенденция в области батареи сейчас-это смотреть на то, как электроны транспортируются в сети полимера», — говорит Тан Нгуен, аспирант, кто помогал развивать проект. «Красота полипептидов заключается в том, что мы можем контролировать химию на их боковых цепей в 3D без изменения геометрии позвоночника, или основной части структуры. Тогда мы можем систематически изучить влияние изменения различных аспектов боковыми цепями».
Нынешние литий-ионные аккумуляторы могут нанести вред окружающей среде, и потому, что стоимость их утилизации выше, чем изготовление их с нуля, они часто накапливаются на свалках. На данный момент не существует безопасного способа избавления от них. Разработка на основе белков, или органические, батареи бы изменить эту ситуацию.
«Амида облигации вдоль пептидной цепи довольно стабилен, поэтому долговечность есть, и тогда мы можем вызвать, когда они ломаются для утилизации», — говорит Карен Вули, кандидат исторических наук, который ведет команду в Техасском университете. Она предполагает, что полипептиды могут быть использованы в таких приложениях, как поток батареи для хранения электроэнергии. «Другим преимуществом является то, что используя этот белок-как архитектуры, мы строим в виды конформаций, которые находятся в белках в природе, что уже транспорт электронов эффективно», — говорит Вули. «Мы также можем оптимизировать это для контроля работы аккумулятора».
Исследователи построили систему, используя электроды, изготовленные из композитов углерода, построения полипептидов, которые содержат либо viologen или 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (темпо). Они придают viologens к матрице, используемый для анода, который является отрицательным электродом, и использовал темпо-содержащего полипептида для катода, который является положительным электродом. В viologens и темп являются редокс-активных молекул. «То, что мы до сих пор измеренная на диапазоне, потенциальный окно между двумя материалами, составляет около 1,5 вольт, подходит для низкоэнергетических приложений требованию, таких как биосенсоры», — говорит Нгуен.
Для использования в качестве органической батареи, Нгуен был синтезирован ряд полимеров, которые принимают различные конформации, такие как случайные катушки, альфа-спирали и бета-листа, чтобы исследовать их электрохимические характеристики. С этими пептидами в руке, Нгуен начал сотрудничество с Александрой Исли Даниэль, кандидат студент в лаборатории Джоди Lutkenhaus, доктор философии, также в Техасский университет A&M, чтобы создать прототипы батарей. Часть этой работы будет включать в себя тестирование, чтобы лучше понять, как функционируют полимеров, когда они организованы на подложке.
Во время этой ранней стадии исследования далеко идти до органической основе батареи доступны в продаже, гибкость и разнообразие структур, что белки могут обеспечить обещание широким потенциалом для устойчивого хранения энергии, который является более безопасным для окружающей среды.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!