De toenemende vraag naar hernieuwbare energie en elektrische voertuigen leidt tot een grote vraag naar de batterijen die opgewekte energie opslaan en motoren aandrijven. Maar de batterijen achter deze duurzaamheidsoplossingen zijn niet altijd zelf duurzaam. In een paper die op 1 september gepubliceerd wordt in het tijdschrift Matter , maken wetenschappers een zinkbatterij met een biologisch afbreekbare elektrolyt uit een onverwachte bron:krabschelpen.

"Er worden enorme hoeveelheden batterijen geproduceerd en verbruikt, waardoor de kans op milieuproblemen groter wordt", zegt hoofdauteur Liangbing Hu, directeur van het Centre for Materials Innovation van de University of Maryland. "Bijvoorbeeld polypropyleen- en polycarbonaatafscheiders, die veel worden gebruikt in lithium-ionbatterijen, hebben honderden of duizenden jaren nodig om af te breken en het milieu te belasten."

Batterijen gebruiken een elektrolyt om ionen heen en weer te pendelen tussen positief en negatief geladen aansluitingen. Een elektrolyt kan een vloeistof, pasta of gel zijn, en veel batterijen gebruiken voor deze functie ontvlambare of bijtende chemicaliën. Deze nieuwe batterij, die energie van grootschalige wind- en zonnebronnen kan opslaan, maakt gebruik van een gelelektrolyt gemaakt van een biologisch materiaal dat chitosan wordt genoemd.

"Chitosan is een afgeleid product van chitine. Chitine heeft veel bronnen, waaronder de celwanden van schimmels, de exoskeletten van schaaldieren en inktvispennen", zegt Hu. "De meest voorkomende bron van chitosan zijn de exoskeletten van schaaldieren, waaronder krabben, garnalen en kreeften, die gemakkelijk kunnen worden verkregen uit visafval. Je kunt het op je tafel vinden."

Een biologisch afbreekbare elektrolyt betekent dat ongeveer tweederde van de batterij kan worden afgebroken door microben - deze chitosan-elektrolyt is binnen vijf maanden volledig afgebroken. Hierdoor blijft de metalen component achter, in dit geval zink, in plaats van lood of lithium, dat kan worden gerecycled.

"Zink is overvloediger aanwezig in de aardkorst dan lithium", zegt Hu. "Over het algemeen zijn goed ontwikkelde zinkbatterijen goedkoper en veiliger." Deze zink- en chitosanbatterij heeft een energie-efficiëntie van 99,7% na 1.000 batterijcycli, waardoor het een haalbare optie is voor het opslaan van door wind- en zonne-energie opgewekte energie voor overdracht aan elektriciteitsnetten.

Hu en zijn team hopen te blijven werken aan het nog milieuvriendelijker maken van batterijen, inclusief het productieproces. "In de toekomst hoop ik dat alle componenten in batterijen biologisch afbreekbaar zijn", zegt Hu. "Niet alleen het materiaal zelf, maar ook het fabricageproces van biomaterialen." + Verder verkennen

Elektrische winst in batterijprestaties