Kunnen portabella-paddenstoelen voorkomen dat de batterijen van mobiele telefoons na verloop van tijd verslechteren? Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Riverside Bourns College of Engineering denkt van wel.

Ze hebben een nieuw type lithium-ionbatterij-anode gemaakt met behulp van portabella-paddenstoelen, die goedkoop zijn, milieuvriendelijk en gemakkelijk te produceren. De huidige industriestandaard voor oplaadbare lithium-ionbatterijanodes is synthetisch grafiet, wat gepaard gaat met hoge productiekosten omdat het moeizame zuiverings- en voorbereidingsprocessen vereist die ook schadelijk zijn voor het milieu.

Met de verwachte toename van batterijen die nodig zijn voor elektrische voertuigen en elektronica, er is een goedkopere en duurzame bron nodig om grafiet te vervangen. Met behulp van biomassa, een biologisch materiaal van levende of recent levende organismen, als vervanging voor grafiet, heeft onlangs de aandacht getrokken vanwege het hoge koolstofgehalte, lage kosten en milieuvriendelijkheid.

De ingenieurs van UC Riverside waren aangetrokken tot het gebruik van paddenstoelen als een vorm van biomassa, omdat uit eerder onderzoek is gebleken dat ze zeer poreus zijn, wat betekent dat ze veel kleine ruimtes hebben waar vloeistof of lucht doorheen kan. Die porositeit is belangrijk voor batterijen omdat het meer ruimte creëert voor de opslag en overdracht van energie, een cruciaal onderdeel voor het verbeteren van de batterijprestaties.

In aanvulling, de hoge kaliumzoutconcentratie in paddenstoelen zorgt na verloop van tijd voor meer elektrolyt-actief materiaal door meer poriën te activeren, geleidelijk de capaciteit ervan vergroten.

Een conventionele anode zorgt ervoor dat lithium tijdens de eerste paar cycli volledig toegang heeft tot het grootste deel van het materiaal en vanaf dat moment neemt de capaciteit af door beschadiging van de elektroden. De paddestoelkoolstofanodetechnologie zou, met optimalisatie, grafietanodes vervangen. Het biedt ook een bindmiddelloze en stroomcollectorvrije benadering van anodefabricage.

"Met batterijmaterialen zoals deze, toekomstige mobiele telefoons kunnen na veel gebruik een langere gebruiksduur zien, in plaats van een daling, als gevolg van schijnbare activering van blinde poriën in de koolstofarchitecturen terwijl de cel in de loop van de tijd oplaadt en ontlaadt, " zei Brennan Campbell, een afgestudeerde student in het Materials Science and Engineering-programma aan UC Riverside.

De onderzoeksresultaten werden uiteengezet in een paper, "Bio-afgeleid, Binderloos, Hiërarchisch poreuze koolstofanoden voor Li-ionbatterijen, " vandaag (29 september) gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten . Het is geschreven door Cengiz Ozkan en Mihri Ozkan, beide professoren aan het Bourns College of Engineering, en drie van hun huidige of voormalige afgestudeerde studenten:Campbell, Robert Ionescu en Zachary Favors.

Nanokoolstofarchitecturen afgeleid van biologische materialen zoals paddenstoelen kunnen worden beschouwd als een groen en duurzaam alternatief voor op grafiet gebaseerde anodes, zei Cengiz Ozkan, een professor in de werktuigbouwkunde en materiaalkunde en techniek.

De nano-lintachtige architecturen transformeren bij warmtebehandeling in een onderling verbonden poreuze netwerkarchitectuur die belangrijk is voor batterijelektroden omdat dergelijke architecturen een zeer groot oppervlak hebben voor de opslag van energie, een cruciaal onderdeel voor het verbeteren van de batterijprestaties.

Een van de problemen met conventionele koolstoffen, zoals grafiet, is dat ze meestal worden bereid met chemicaliën zoals zuren en worden geactiveerd door basen die niet milieuvriendelijk zijn, zei Mihri Ozkan, een professor in elektrische en computertechniek. Daarom, het UC Riverside-team is gericht op natuurlijk verkregen koolstoffen, zoals de schil van de hoeden van portabella-paddenstoelen, voor het maken van batterijen.

Naar verwachting zullen bijna 900 000 ton natuurlijk onbewerkt grafiet zou nodig zijn voor de fabricage van anodes voor bijna zes miljoen elektrische voertuigen die naar verwachting tegen 2020 zullen worden gebouwd. Dit vereist dat het grafiet wordt behandeld met agressieve chemicaliën, waaronder fluorwaterstof- en zwavelzuur, een proces waarbij grote hoeveelheden gevaarlijk afval ontstaan. De Europese Unie verwacht dat dit proces in de toekomst onhoudbaar zal zijn.

Het onderzoek van de Ozkan wordt ondersteund door de Universiteit van Californië, Rivieroever.

Dit artikel over paddenstoelen wordt gepubliceerd iets meer dan een jaar nadat de laboratoria van Ozkan een lithium-ionbatterij-anode ontwikkelden op basis van nanosilicium via strandzand als natuurlijke grondstof. Het team van Ozkan werkt momenteel aan de ontwikkeling van prototypebatterijen in zakformaat op basis van nanosiliciumanoden.

Het UCR Office of Technology Commercialization heeft patenten aangevraagd voor de bovenstaande uitvindingen.