Quinoide Koordinationsverbindungen für Batterieelektroden

Batterietechnologie ist nicht weit genug fortgeschritten, um den vollständigen Verzicht auf fossile Brennstoffe als Energiequelle zu gewährleisten. Bei den aktuell verwendeten Technologien werden verschiedene Elemente und Materialien verwendet, die in der Natur selten vorkommen und oftmals nur an wenigen Orten abgebaut werden können, was zu wirtschaftlichen, ökologischen und politischen Bedenken führt. Daher müssen neue Technologien und chemische Verfahren entwickelt werden, die auf leicht zugänglichen und reichlich vorhandenen Materialien und Elementen basieren. Metallorganische Gerüste (MOFs) aus leicht verfügbaren Metallen wie Eisen stellen eine Lösung für dieses Problem dar. Aber auch Materialien, die elektrische Energie speichern können und aus Elementen wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor bestehen, sollten in Betracht gezogen werden. Organische Moleküle sind einfacher modifizierbar, wodurch sich ihre elektrochemischen Eigenschaften leichter einstellen lassen. Damit kann man biologisch abbaubare oder recyclebare Batterien designen, was ein wichtiger Gesichtspunkt in Bezug auf den Lebenszyklus der Technologie ist. Betrachtet man jedoch die in der Literatur vorgestellten Beispiele organischer Materialien, so treten Probleme mit geringer Energiedichte und der Löslichkeit in Elektrolyten auf. Diese Probleme müssen gelöst werden, um diese Materialklasse für praktische Energiespeichertechnologien nutzbar zu machen. Im Rahmen dieses Projekts sollen die Vorteile von sowohl organischen und als auch MOF-Materialien genutzt werden, um die oben genannten Hürden zu überwinden und die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufzudecken, die notwendig sind, um zu verstehen, ob diese Materialien für die nächste Generation von Energiespeichern geeignet sind. Das Projekt beinhaltet eine Kombination aus Synthese (Herstellung der erforderlichen Materialien), Charakterisierung - sowohl im Hinblick auf ihre chemischen als auch ihre energiespeichernden Eigenschaften - und computergestützter Modellierung. Die experimentelle Arbeit wird durch theoretische unterstützt, um künftige Forschungsrichtungen zu beleuchten und die Materialeigenschaften zu ermitteln, die für die Ausweitung dieses schnell wachsenden Bereichs entscheidend sind. Es wurden bereits mehrere vielversprechende Moleküle identifiziert, weswegen dieses Projekt darauf abzielt, Innovationen in dieser Richtung weiterzuentwickeln. Durch die Ermittlung jener Motive und Funktionalitäten, die zu einer besseren Performance führen, können neue Verbindungen entwickelt werden, um eine Batterieelektrode zu schaffen, die nicht nur nachhaltig, sondern auch leistungsstark ist.