Neue organische Materialien für superschnelle elektrochemische Energiespeicher

Funktionale Metall-Porphyrine sind stabile und elektrisch leitfähige organische Makromoleküle, die man in der Natur schon als Grundgerüst von Hämoglobin oder Chlorophyll kennt. Diese Makrozyklen stellen planare, hochkonjugierte π-Elektronensysteme dar, die sehr effizient elektrische Ladungen transportieren können. Deren Herstellung ist mit niedrigen Kosten verbunden, sie sind wiederverwendbar, nachhaltig und umweltfreundlich. Die strukturelle Flexibilität und Leitfähigkeit der Metall-Porphyrine ermöglicht es, sie sowohl als Anoden- als auch als Kathodenmaterial einzusetzen. Sie können schnell geladen werden und weisen eine hohe Ladezyklenbeständigkeit aus. Dank ihrer sehr guten thermischen und chemischen Stabilität wird es in Zukunft vielleicht sogar möglich sein, den derzeit hohen Bedarf an Lithium für Elektroden in Batterien zu reduzieren und dieses Material bei bestimmten Anwendungen sogar zu ersetzen.
Schon jetzt wird an vielen Stellen untersucht, inwiefern sich diese Makrozyklen als leistungsstarke Bausteine für Superkapazitoren, Dünnfilmbatterien, wieder aufladbare und Redox-Flow-Batterien eignen. Chemische Modifikationen und funktionale Erweiterungen können heutzutage schnell theoretisch berechnet und die Strukturen computergestützt modelliert werden. Dies wird die Leistungsfähigkeit dieser neuen Materialien schon bald erweitern. Erst vor kurzem kamen diese Porphyrine in Form organischer Hohlkugeln als Kathodenbestandteil in Lithium-Schwefel-Batterien zum Einsatz, um den Schwefel darin sowohl chemisch zu adsorbieren als auch physikalisch einzufangen. Wir werden dies verfolgen.

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: Dr. Z. Zhao-Karger, Dr. P. Gao, Dr. T. Ebert, Prof. M. Fichtner, Helmholtz Institute Ulm; Dr. S. Klyatskaya, Dr. Z. Chen, Prof. M. Ruben, Prof. M. Fichtner, Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology 2019

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