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Ein Forscherteam der Texas A&M University, dem auch die Chemieprofessorin Dr. Karen Wooley und die Professorin f\u00fcr Chemieingenieurwesen Dr. Jodie Lutkenhaus angeh\u00f6ren, hat eine biologisch abbaubare Batterie aus nat\u00fcrlichen Polymeren entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n
Wooleys Forschungsgruppe im College of Arts and Sciences hat sich in den letzten 15 Jahren auf nat\u00fcrliche Produkte f\u00fcr die Konstruktion nachhaltiger und abbaubarer Kunststoffe verlegt. Lutkenhaus, stellvertretende Dekanin f\u00fcr Forschung am College of Engineering, verwendet organische Materialien, um eine bessere Batterie zu entwickeln. Sie schlug eine Zusammenarbeit vor, um die nat\u00fcrlichen Polymere von Wooley mit ihrem Fachwissen \u00fcber Batterien zu kombinieren.<\/p>\n\n\n\n
<\/a>“Wir sind seit langem an sichereren, flexibleren Batteriematerialien interessiert”, sagte Lutkenhaus. “Als das Labor von Dr. Wooley begann, diese nat\u00fcrlichen Polymere zu entwickeln, \u00f6ffnete es die T\u00fcr zu etwas v\u00f6llig Neuem – einer Batterie, die gute Leistungen erbringen und gleichzeitig sicher verschwinden kann, wenn sie nicht mehr gebraucht wird.<\/p>\n\n\n\n Das neue Material besteht aus zwei wichtigen, in der Natur vorkommenden Bestandteilen: Riboflavin, auch bekannt als Vitamin B2, und L-Glutamins\u00e4ure, eine Aminos\u00e4ure, die beim Aufbau von Proteinen im K\u00f6rper hilft.<\/p>\n\n\n\n “Diese Komponenten wurden von einem talentierten Doktoranden, Dr. Shih-Guo Li, identifiziert, der seine Dissertation vor f\u00fcnf Jahren mit der Absicht begann, den Gehalt an biologisch erneuerbaren Bausteinen f\u00fcr den Bau organischer Polymerbatterien zu erh\u00f6hen”, sagte Wooley. “Er entwickelte dann synthetische Methoden, um die molekularen Bausteine zu kettenartigen Strukturen, den sogenannten Polypeptiden, zu verbinden.”<\/p>\n\n\n\n Das Besondere an diesem Material ist, dass es redox-aktiv ist, das hei\u00dft, es kann Elektronen aufnehmen und abgeben. Auf diese Weise speichern und geben Batterien Energie ab. In diesem Fall k\u00fcmmert sich das Riboflavin um die Energie, w\u00e4hrend das Polypeptid f\u00fcr die Struktur sorgt und den nat\u00fcrlichen Abbau des Materials unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n Im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die auf Metallen und Petrochemikalien basieren, wird dieses neue Material vollst\u00e4ndig aus erneuerbaren biologischen Quellen gewonnen. Es ist so konzipiert, dass es sich sicher abbaut, wenn es mit Wasser oder Enzymen in Ber\u00fchrung kommt, was es zu einer vielversprechenden L\u00f6sung f\u00fcr die Reduzierung von Batterieabf\u00e4llen macht, insbesondere in F\u00e4llen, in denen Batterien nicht ordnungsgem\u00e4\u00df recycelt werden.<\/p>\n\n\n\n “Obwohl es erhebliche Anstrengungen zum Recycling von Batterien gibt, sollten sie in F\u00e4llen, in denen sie nicht aktiv gesammelt und f\u00fcr das Recycling aufbereitet werden, in der Lage sein, auf nat\u00fcrliche Weise und unter Freisetzung ungiftiger Abbauprodukte abgebaut zu werden”, so Wooley.<\/p>\n\n\n\n In Labortests zeigte das Material seine Eignung als Anode, dem Teil einer Batterie, der Elektronen speichert. Vor allem aber erwies sich das Material als ungiftig f\u00fcr Fibroblasten, eine Art von Zellen, die im Bindegewebe vorkommen.<\/p>\n\n\n\n “Zum jetzigen Zeitpunkt haben wir lediglich best\u00e4tigt, dass unsere Materialien zytokompatibel sind, das hei\u00dft, dass sie f\u00fcr Zellen nicht sch\u00e4dlich sind”, so Wooley. “Das kann wichtig sein, wenn die Materialien in implantierbaren oder tragbaren Ger\u00e4ten verwendet werden sollen.”<\/p>\n\n\n\n Lutkenhaus sagte, dass die Leistungsergebnisse angesichts des nat\u00fcrlichen Ursprungs des Materials besonders vielversprechend seien.<\/p>\n\n\n\n “Wir waren begeistert, dass das elektrochemische Verhalten dem von synthetischen, nicht-nachhaltigen Polymermaterialien entsprach”, sagte sie. “Das zeigt, dass man nicht auf Kosten der Leistung gehen muss, um Nachhaltigkeit zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n Die Forscher sagen, dass diese Art von Design – mit dem Ende im Kopf zu beginnen – der Schl\u00fcssel zum Aufbau einer nachhaltigeren Zukunft ist. Anstatt Materialien zu entwickeln, die ewig halten und dann zu Abfall werden, entwerfen sie sie so, dass sie Teil einer Kreislaufwirtschaft sind, in der die Materialien wiederverwendet, recycelt oder sicher in die Natur zur\u00fcckgegeben werden.<\/p>\n\n\n\n “Ich betrachte jedes synthetische Material, das mein Labor herstellt, als einen Punkt auf seinem Weg zu Funktion und Zweck”, sagt Wooley, “mit der F\u00e4higkeit, physikalische und chemische Umwandlungen durchzuf\u00fchren, die eine Wiederverwendung der molekularen Komponenten in verschiedenen anderen Richtungen erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n “Im extremsten Fall k\u00f6nnten die Batterien essbar werden, um eine andere Art der Energieversorgung zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n Im Moment konzentriert sich das Team darauf, die Leistung des Materials zu verbessern und Wege zu finden, es erschwinglicher zu machen. Derzeit ist das chemische Verfahren zur Herstellung des Materials f\u00fcr die kommerzielle Nutzung zu teuer.<\/p>\n\n\n\n “Wir m\u00fcssen die Leistung verbessern und dann Prozesse entwickeln, die rentabel sind”, sagte Wooley. “Das k\u00f6nnte 5-10 Jahre dauern.”<\/p>\n\n\n\n Einer der aufregendsten Aspekte des Projekts, so die Forscher, war die Zusammenarbeit zwischen den Hochschulen der Texas A&M.<\/p>\n\n\n\n “Als Chemiker war es f\u00fcr mich der aufregendste Moment, als das Labor von Professor Lutkenhaus zeigte, dass unsere Materialien zu funktionierenden Batteriesystemen verarbeitet werden k\u00f6nnen”, so Wooley. “Das war eine Best\u00e4tigung daf\u00fcr, dass die Strategie vielversprechend ist und sich weiterentwickeln l\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n Lutkenhaus f\u00fcgte hinzu: “Zu sehen, wie die Materialien in einer funktionierenden Batterie zusammenkommen, war ein wichtiger Meilenstein. Es best\u00e4tigte das Konzept und gab uns eine klare Richtung f\u00fcr die zuk\u00fcnftige Entwicklung vor.”<\/p>\n\n\n\n Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff \u00fcbersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen \u00dcbersetzungen an, um eine gr\u00f6\u00dfere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu pr\u00e4sentieren. Da dieser Artikel mit automatischer \u00dcbersetzung \u00fcbersetzt wurde, ist es m\u00f6glich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enth\u00e4lt. Den urspr\u00fcnglichen Artikel in Englisch finden Sie\u00a0hier<\/a>.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Was w\u00e4re, wenn die n\u00e4chste Batterie, die Sie kaufen, aus denselben Bestandteilen hergestellt w\u00fcrde, die auch in Ihrem K\u00f6rper vorkommen? Das ist die Idee hinter einem bahnbrechenden Batteriematerial, das aus nat\u00fcrlichen, biologisch abbaubaren Komponenten besteht. 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