Zeewier, de eetbare algen met een lange geschiedenis in sommige Aziatische keukens, en die ook onderdeel is geworden van de westerse foodiecultuur, zou een essentieel ingrediënt kunnen blijken te zijn in een andere trend:de ontwikkeling van duurzamere manieren om onze apparaten van stroom te voorzien. Onderzoekers hebben een van zeewier afgeleid materiaal gemaakt om de prestaties van supergeleiders te verbeteren, lithium-ionbatterijen en brandstofcellen.

Het team zal het werk vandaag presenteren op de 253e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

"Op koolstof gebaseerde materialen zijn de meest veelzijdige materialen die worden gebruikt op het gebied van energieopslag en -conversie, "Dongjiang Yang, doctoraat, zegt. "We wilden op koolstof gebaseerde materialen produceren via een echt 'groen' pad. Gezien de hernieuwbaarheid van zeewier, we kozen voor zeewierextract als voorloper en sjabloon om hiërarchische poreuze koolstofmaterialen te synthetiseren." Hij legt uit dat het project een nieuwe manier opent om aardrijke materialen te gebruiken om toekomstige hoogwaardige, multifunctionele koolstof nanomaterialen voor energieopslag en katalyse op grote schaal.

Traditionele koolstofmaterialen, zoals grafiet, zijn essentieel geweest voor het creëren van het huidige energielandschap. Maar om de sprong te maken naar de volgende generatie lithium-ionbatterijen en andere opslagapparaten, er is een nog beter materiaal nodig, bij voorkeur een die duurzaam kan worden gewonnen, zegt Yang.

Met deze factoren in het achterhoofd, Yang, die momenteel aan de Qingdao University (China) werkt, wendde zich tot de oceaan. Zeewier is een overvloedige alg die gemakkelijk groeit in zout water. Terwijl Yang aan de Griffith University in Australië zat, hij werkte samen met collega's aan de Qingdao University en aan het Los Alamos National Laboratory in de VS om poreuze koolstofnanovezels te maken van zeewierextract. chelateren, of bindend, metaalionen zoals kobalt aan de alginaatmoleculen resulteerden in nanovezels met een "egg-box" -structuur, met alginaateenheden die de metaalionen omhullen. Deze architectuur is de sleutel tot de stabiliteit van het materiaal en de beheersbare synthese, zegt Yang.

Testen toonden aan dat het van zeewier afgeleide materiaal een grote omkeerbare capaciteit had van 625 milliampere uur per gram (mAhg-1), wat aanzienlijk meer is dan de 372 mAhg-1 capaciteit van traditionele grafietanodes voor lithium-ionbatterijen. Dit zou de actieradius van elektrische auto's kunnen verdubbelen als het kathodemateriaal van gelijke kwaliteit is. De eierdoosvezels presteerden ook even goed als commerciële op platina gebaseerde katalysatoren die worden gebruikt in brandstofceltechnologieën en met een veel betere stabiliteit op lange termijn. Ze vertoonden ook een hoge capaciteit als supergeleidermateriaal bij 197 Farads per gram, die kunnen worden toegepast in zink-luchtbatterijen en supercondensatoren. De onderzoekers publiceerden hun eerste resultaten in ACS Centrale Wetenschap in 2015 en hebben de materialen sindsdien verder ontwikkeld.

Bijvoorbeeld, voortbouwend op dezelfde eierdoosstructuur, de onderzoekers zeggen dat ze defecten in op zeewier gebaseerde, lithium-ionbatterijkathoden die de beweging van lithiumionen kunnen blokkeren en de batterijprestaties kunnen belemmeren. En onlangs, ze hebben een aanpak ontwikkeld met behulp van carrageen en ijzer uit rode algen om een ​​poreuze zwavel-gedoteerde koolstofaerogel te maken met een ultrahoog oppervlak. De structuur zou een goede kandidaat kunnen zijn voor gebruik in lithium-zwavelbatterijen en supercondensatoren.

Er is meer werk nodig om de op zeewier gebaseerde materialen te commercialiseren, echter. Yang zegt momenteel meer dan 20, Uit zeewier kan per jaar voor industrieel gebruik 000 ton alginaatprecursor worden gewonnen. Maar er zal veel meer nodig zijn om de productie op te schalen.