Daha Güvenli ve Çevre Dostu Enerji Depolama için Sürdürülebilir Organik Bataryalar
Proteinler kas geliştirmek için oldukça iyidirler ancak bununla birlikte proteinlerin yapı taşları, bir gün güvenlik ve çevre kaygıları olmadan alışılagelmiş lityum-iyon bataryalar yerine uygulanabilir alternatif olabilecek sürdürülebilir organik bataryalar oluşturmak için de oldukça faydalı olabilir. Araştırmacılar, proteinleri oluşturan sentetik polipeptitleri ve diğer polimerleri kullanarak bu tür güç kaynakları oluşturmak amacıyla elektrotlar üretmek için ilk adımları attılar. Bu çalışma aynı zamanda, elektron transfer mekanizmalarına yeni bir anlayış sağlayabilir.
Araştırmacılar elde ettikleri sonuçları, Amerikan Kimya Derneği, Güz 2019 Ulusal Toplantı&Fuar’ında (American Chemical Society (ACS), Fall 2019 National Meeting&Exposition ) sundular. Dünyanın en büyük bilimsel topluluğu olan Amerikan Kimya Derneği, etkinliği 29 Ağustos Perşembe tarihine kadar San Diego’da düzenledi. Etkinlikte çok çeşitli bilim konularında 9500’den fazla sunum vardı.
Projeyi geliştirmeye yardımcı olan doktora öğrencisi Tan Nguyen, ‘’ Son zamanlarda batarya alanındaki eğilim, elektronların polimer bir ağ içerisinde nasıl taşındığını anlamaktır.’’ diyor. ‘’ Polipeptilerin güzel yanı temel geometriyi bozmadan ya da yapının ana bölümünü değiştirmeden polipeptitlerin yan zincirlerindeki kimyayı üç boyutlu olarak kontrol edebilmemizdir. Daha sonra, yan zincirlerin değişen farklı yönlerinin etkisini sistematik olarak inceleyebiliriz.’’
Mevcut lityum-iyon bataryalar, çevreye zararlı olabilir ve geri dönüşüm maliyeti sıfırdan üretilmesine nazaran daha yüksek olduğu için genellikle katı atık sahalarında biriktirilmektedirler. Henüz, bu bataryaları güvenli bir şekilde bertaraf etmenin bir yolu yoktur. Protein bazlı ya da organik bir batarya geliştirmek bu durumu değiştirebilir.
Texas A&M Üniversitesi’nden araştırma ekibine liderlik eden Dr. Karen Wooley, ‘’ Peptit omurgası üzerindeki amid bağları oldukça kararlıdır yani oldukça dayanıklıdırlar ve parçalandıkları zaman onları geri dönüşüm için kullanabiliriz.’’ diyor. Karen Wooley aynı zamanda, polipeptitlerin zamanla elektrik enerjisini depolamak için akış bataryaları gibi uygulamalarda kullanılabileceğini öngörmekte. ‘’ Bunların bir diğer avantajı ise, bu protein benzeri yapıları kullanarak proteinlerde doğal olarak bulunan ve hali hazırda elektron transferini verimli bir şekilde gerçekleştiren türde yapılar inşa edebilecek olmamızdır.’’ diyerek ekliyor. ‘’ Ayrıca batarya performansını kontrol etmek için bunu optimize edebiliriz.’’
Araştırmacılar, viologenler ya da 2,2,6,6 tetrametilpiperidin-1 oksil’den (TEMPO) oluşan karbon siyahı kompozitlerinden yapılmış elektrotlar kullanarak bir sistem oluşturdular. Viologenleri negatif elektrot olan anot için kullanılan matrise bağladılar ve pozitif elektrot olan katot için ise TEMPO içeren polipeptit kullandılar. Viologenler ve TEMPO redoks aktif moleküllerdir. Nguyen, ‘’ Bu aralık için şu ana kadar ölçtüğümüz şey, iki malzeme arasındaki potansiyel pencere, yaklaşık 1.5 volttur ve biyosensörler gibi düşük enerji gerektiren uygulamalar için uygundur.
Nguyen, organik bir bataryada kullanım potansiyeli için elektrokimyasal karakteristiklerini araştırmak amacıyla düzensiz sarım, alfa sarmal ve beta yaprak gibi farklı yapılar gösteren çeşitli polimerler sentezledi. Nguyen elindeki bu peptitler ile şu anda bu batarya prototiplerini oluşturmak için Jodie Lutkenhaus laboratuvarında doktora öğrencisi ve ayrıca Texas A&M Üniversitesi’nden doktora derecesi almış Alexandra Danielle Easley ile iş birliği yürütüyor. Bu çalışmanın bir parçası, polimerlerin bir substrat üzerinde organize olduklarında nasıl çalıştıklarını daha iyi anlamak için testler içerecektir.
Bu erken aşamadaki araştırmanın organik bataryaların ticari olarak piyasada bulunmasından önce gidecek daha çok yolu olsa da, esnekliği ve yapı çeşitliliğinden dolayı proteinler, çevre için daha güvenli olan sürdürülebilir enerji depolaması için geniş bir potansiyel vaat etmektedir.
Araştırmacılar, Ulusal Bilim Vakfı (National Science Foundation), Welch Vakfı (Welch Foundation) ve ABD Enerji Departmanı (U.S. Department of Energy) tarafından desteklendiklerini ve finansman sağlandığını beyan ediyorlar.
Kaynak: scitechdaily.com
