Στο μέλλον θα χρησιμοποιούμε καβούρια αντί για μπαταρίες. Γίνεται και είναι ιστορική ανακάλυψη
JTeam
19 Σεπτεμβρίου 2022
Οι επιστήμονες θέλουν να χρησιμοποιήσουν μια χημική ουσία που βρίσκεται στα κελύφη των καβουριών και των αστακών για να κάνουν τις μπαταρίες πιο βιώσιμες, σύμφωνα με έρευνα.
«Πιστεύουμε ότι τόσο η βιοδιασπασιμότητα του υλικού, όσο και ο περιβαλλοντικός αντίκτυπος και η απόδοση των μπαταριών είναι σημαντικά για ένα προϊόν, το οποίο έχει τη δυνατότητα να διατεθεί στο εμπόριο», δήλωσε ο Liangbing Hu, διευθυντής του Κέντρου Καινοτομίας Υλικών του Πανεπιστημίου του Maryland και επικεφαλής. συγγραφέας της εργασίας, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Matter.
Καθώς ο κόσμος μεταβαίνει προς την ανάπτυξη λύσεων πράσινης ενέργειας και ηλεκτρικών οχημάτων, οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται για τέτοια τεχνολογία πρέπει επίσης να είναι φιλικές προς το περιβάλλον.
Αλλά οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται σε συμβατικές μπαταρίες όπως τα ιόντα λιθίου μπορεί να χρειαστούν εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια για να διασπαστούν. Αυτές οι χημικές ουσίες είναι επίσης συχνά διαβρωτικές και εύφλεκτες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μπαταρίες συσκευών καταναλωτή έχουν πάρει φωτιά σε αεροσκάφη ή έχουν προκαλέσει πυρκαγιές σε χώρους απορριμμάτων και ανακύκλωσης.
Οι ερευνητές στο Μέριλαντ ανέπτυξαν μπαταρίες που χρησιμοποιούν ένα προϊόν που προέρχεται από κελύφη καρκινοειδών για την αποθήκευση ενέργειας.
Τα καρκινοειδή όπως τα καβούρια, οι γαρίδες και οι αστακοί έχουν εξωσκελετούς φτιαγμένους από κύτταρα που περιέχουν χιτίνη, ένα είδος πολυσακχαρίτη που κάνει τα κελύφη τους σκληρά και ανθεκτικά. Αυτό το πολύτιμο υλικό είναι άφθονο στη φύση και μπορεί επίσης να βρεθεί σε μύκητες και έντομα, αλλά συνήθως πετιέται ως απόβλητα τροφίμων από εστιατόρια και ως υποπροϊόν της βιομηχανίας τροφίμων. Οι επιστήμονες ερευνούν εδώ και καιρό τις διάφορες εφαρμογές του – στη βιοϊατρική μηχανική, για παράδειγμα, για τον επίδεσμο τραυμάτων καθώς και τις αντιφλεγμονώδεις θεραπείες – και τώρα, την ηλεκτρική μηχανική.
Μέσω χημικής επεξεργασίας και προσθήκης υδατικού διαλύματος οξικού οξέος, η χιτίνη μπορεί τελικά να συντεθεί σε μια σταθερή μεμβράνη γέλης και να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρολύτης για μια μπαταρία. Ένας ηλεκτρολύτης είναι το υγρό, η πάστα ή η γέλη μέσα σε μια μπαταρία που βοηθά τα ιόντα - φορτισμένα μόρια - να ταξιδεύουν μεταξύ του ενός άκρου και του άλλου μιας μπαταρίας, επιτρέποντάς της να αποθηκεύει ενέργεια.
Συνδυάζοντας αυτόν τον ηλεκτρολύτη χιτοζάνης με ψευδάργυρο, ένα φυσικό μέταλλο που χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για την κατασκευή μπαταριών που είναι φθηνές και ασφαλείς, η ομάδα του Hu κατάφερε να δημιουργήσει μια ανανεώσιμη μπαταρία.
Η μπαταρία είναι 99,7% ενεργειακά αποδοτική ακόμα και μετά από 1.000 κύκλους μπαταρίας, δηλαδή περίπου 400 ώρες. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να φορτιστούν και να αποφορτιστούν γρήγορα χωρίς να επηρεαστεί σημαντικά η απόδοσή τους.
Οι μπαταρίες δεν είναι εύφλεκτες και τα δύο τρίτα της μπαταρίας από χιτοζάνη μπορεί να διασπαστεί στο έδαφος χάρη στη μικροβιακή αποικοδόμηση σε μόλις πέντε μήνες, αφήνοντας πίσω ανακυκλώσιμο ψευδάργυρο. Ο Antonio J Fernández Romero, καθηγητής των επιστημών των υλικών για την παραγωγή ενέργειας στο Πανεπιστήμιο της Καρθαγένης στην Ισπανία, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, είπε ότι πρόκειται για «εξαιρετικές ιδιότητες».
Είπε: «Ο σχεδιασμός νέων μπαταριών που σέβονται το περιβάλλον, φθηνές και παράγουν υψηλή ικανότητα εκφόρτισης, είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία που πρέπει να αναπτυχθούν τα επόμενα χρόνια». Πρόσθεσε ότι η βιοδιασπασιμότητα ήταν το κλειδί και σε αυτό το επίπεδο το σύστημα φαινόταν να λειτουργεί πολύ καλά, αλλά θα έπρεπε να δοκιμαστεί σε μεγαλύτερη κλίμακα και υπό συνθήκες εμπορικής χρήσης.
Ο σχεδιασμός μπορεί να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη μπαταριών υψηλής απόδοσης και βιώσιμης αποθήκευσης πράσινης ενέργειας, σύμφωνα με τον Hu και τους συγγραφείς της μελέτης.
«Όταν αναπτύσσετε νέα υλικά για τεχνολογίες μπαταριών, τείνει να υπάρχει ένα σημαντικό χάσμα μεταξύ των υποσχόμενων εργαστηριακών αποτελεσμάτων και μιας αποδεδειγμένης και κλιμακούμενης τεχνολογίας», δήλωσε ο Graham Newton, καθηγητής χημείας υλικών στο Πανεπιστήμιο του Nottingham, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. . Είναι ειδικός στις βιώσιμες μπαταρίες και ερευνά πώς μπορούν να βελτιωθούν.
Μέχρι στιγμής, σύμφωνα με τον Newton, τα αποτελέσματα της μπαταρίας χιτοζάνης-ψευδαργύρου είναι πολλά υποσχόμενα. «Υπάρχουν μερικά παραδείγματα μπαταριών όπως αυτή που έχουν διατεθεί στο εμπόριο και δοκιμάζονται ως σταθερά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας», είπε ο Newton. «Υπάρχουν ακόμη αρκετές προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν στην ανάπτυξη μπαταριών ιόντων ψευδαργύρου, αλλά θεμελιώδεις μελέτες όπως αυτή είναι εξαιρετικά σημαντικές».
