Forskere ønsker å bruke et kjemikalie som finnes i krabbe- og hummerskjell for å gjøre batterier mer bærekraftige, ifølge forskning.
“Vi tror både biologisk nedbrytbarhet av materiale, eller miljøpåvirkning, og ytelsen til batteriene er viktig for et produkt som har potensial til å bli kommersialisert,” sa Liangbing Hudirektør for University of Marylands Center for Materials Innovation og hovedforfatter av artikkelen, publisert i tidsskriftet Matter.
Når verden går over til å ta i bruk grønne energiløsninger og elektriske kjøretøy, må batteriene som brukes til slik teknologi også være miljøvennlige.
Men kjemikaliene som brukes i konvensjonelle batterier som litiumion kan ta hundrevis eller tusenvis av år å bryte ned. Disse kjemikaliene er også ofte etsende og brannfarlige. I noen tilfeller forbruker-gadget-batterier har tatt fyr på fly, eller forårsaket brann på avfalls- og gjenvinningsplasser.
Forskerne i Maryland har utviklet batterier som bruker et produkt fra krepsdyrskall til å lagre energi.
Krepsdyr som krabber, reker og hummer har eksoskjeletter laget av celler som inneholder kitin, et slags polysakkarid som gjør skallene deres harde og motstandsdyktige. Dette verdifulle materialet er rikelig i naturen og kan også være det finnes i sopp og insekter, men blir vanligvis kastet som matavfall fra restauranter og et biprodukt fra matindustrien. Forskere har lenge forsket dens ulike applikasjoner – i biomedisinsk ingeniørfag, for eksempel for sårbandasje samt anti-inflammatoriske behandlinger – og nå elektroteknikk.
Gjennom kjemisk prosessering og tilsetning av vandig eddiksyreløsning, kan kitin til slutt syntetiseres til en fast gelmembran og brukes som en elektrolytt for et batteri. En elektrolytt er væsken, pastaen eller gelen inne i et batteri som hjelper ioner – ladede molekyler – å bevege seg mellom den ene enden og den andre av et batteri, slik at det kan lagre energi.
Ved å kombinere denne kitosanelektrolytten med sink, et naturlig forekommende metall stadig mer brukt til å lage batterier som er billige og tryggevar Hu sitt team i stand til å lage et fornybart batteri.
Batteriet er 99,7 % energieffektivt selv etter 1000 batterisykluser, som er omtrent 400 timer. Dette betyr at de raskt kan lades og utlades uten å påvirke ytelsen nevneverdig. “Det er ikke en lett ting for batterier å operere med høy strømtetthet. Den viste ytelsen antyder fordelene med kitosan-basert materiale i dette arbeidet,” sa Hu.
Batteriene er ikke brennbare, og to tredjedeler av batteriet laget av kitosan kan brytes ned i jord takket være mikrobiell nedbrytning på bare fem måneder, og etterlater resirkulerbar sink. Antonio J Fernández Romero, professor i materialvitenskap for energiproduksjon ved universitetet i Cartagena i Spania, som ikke var involvert i studien, sa at disse var “enestående egenskaper”.
Han sa: “Utformingen av nye batterier som respekterer miljøet, billige og produserer høy utladningskapasitet, er en av de viktigste elementene som må utvikles i de kommende årene.” Han la til at biologisk nedbrytbarhet var nøkkelen, og på dette nivået så systemet ut til å fungere veldig bra, men det måtte testes i større skala og under kommersielle bruksforhold.
Designet kan bane vei for utvikling av høyytelses og bærekraftige batterier for grønn energilagring, ifølge Hu og studieforfatterne.
“Når du utvikler nye materialer for batteriteknologi, har det en tendens til å være et betydelig gap mellom lovende laboratorieresultater og en påvisbar og skalerbar teknologi,” sa Graham Newton, professor i materialkjemi ved University of Nottingham, som ikke var involvert i studien . Han er en ekspert på bærekraftige batterier og forsker på hvordan de kan forbedres.
Så langt, ifølge Newton, er resultatene av kitosan-sink-batterier lovende. “Det er noen eksempler på batterier som dette som har blitt kommersialisert og blir utprøvd som stasjonære energilagringssystemer,” sa Newton. “Det er fortsatt ganske mange utfordringer som må møtes i utviklingen av sinkionbatterier, men grunnleggende studier som dette er enormt viktige.”