Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άνθρακα καβουριού για να δημιουργήσουν υλικά ανόδου για την επόμενη γενιά
τεχνολογίες επαναφορτιζόμενων μπαταριών.
Αντί να πετάξουν τα σκληρά κελύφη των καβουριών και των αστακών, οι ερευνητές τα ανακυκλώνουν σε πορώδη υλικά γεμάτα άνθρακα με διάφορες χρήσεις. Μια ομάδα χρησιμοποίησε αυτόν τον άνθρακα για να καινοτομήσει τον σχεδιασμό επαναφορτιζόμενων μπαταριών. Από αυτό, η ομάδα μπόρεσε να δημιουργήσει υλικά ανόδου για μπαταρίες ιόντων νατρίου, έναν αναδυόμενο ανταγωνιστή για τη χημεία ιόντων λιθίου.

Εξερευνώντας την αναδυόμενη τεχνολογία επαναφορτιζόμενων μπαταριών
Οι ερευνητές διερεύνησαν τη δημιουργία μιας βιοδιασπώμενης μπαταρίας ιόντων ψευδαργύρου χρησιμοποιώντας τη χιτίνη στα κελύφη των καβουριών, ωστόσο, τελικά αποφάσισαν ότι τα απόβλητα θα μπορούσαν να μετατραπούν σε σκληρό άνθρακα - ένα υλικό που έχει διερευνηθεί ως πιθανή άνοδος για μπαταρίες ιόντων νατρίου. Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία επαναφορτιζόμενων μπαταριών που έχει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, συμπεριλαμβανομένου του κόστους και της απόδοσης. Οι ερευνητές υποστήριξαν ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου θα πρέπει να γίνουν λιγότερο ακριβές από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, λόγω της αφθονίας νατρίου στο έδαφος.
Καθώς μια σημαντική ανησυχία σχετικά με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η διαθεσιμότητα του μετάλλου που προκαλεί απρόβλεπτη τιμολόγηση, η αφθονία του νατρίου θα διασφάλιζε τη σταθερότητα των τιμών. Ωστόσο, τα ιόντα νατρίου είναι μεγαλύτερα από τα ιόντα λιθίου και επομένως δεν είναι συμβατά με την άνοδο μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, η οποία συνήθως είναι κατασκευασμένη από γραφίτη. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν ο σκληρός άνθρακας, που προέρχεται από τα κελύφη των καβουριών, συνδυάζεται με μεταλλικά ημιαγωγικά υλικά, όπως τα διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης (TMDs), το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως άνοδος μπαταρίας.
Στη μελέτη τους, οι ερευνητές διερεύνησαν πώς δύο διαφορετικά TMD - θειούχος κασσίτερος και θειούχος σίδηρος - θα μπορούσαν να συνδυαστούν με σκληρό άνθρακα από κελύφη καβουριών για να δημιουργήσουν μια βιώσιμη άνοδο μπαταρίας ιόντων νατρίου για την επόμενη γενιά τεχνολογίας επαναφορτιζόμενων μπαταριών.

Δημιουργία του άνθρακα του καβουριού
Οι ερευνητές θέρμαιναν τα κελύφη των καβουριών σε θερμοκρασίες άνω των 1.000°F για να φτιάξουν άνθρακα από καβούρια. Στη συνέχεια πρόσθεσαν τον άνθρακα σε διάλυμα είτε θειούχου κασσιτέρου (SnS2) είτε θειούχου σιδήρου (FeS2) και τα στέγνωσαν για να σχηματίσουν άνοδοι. Η πορώδης, ινώδης δομή του άνθρακα του καβουριού παρείχε μεγάλη επιφάνεια, ενισχύοντας την αγωγιμότητα και την ικανότητα του υλικού να μεταφέρει αποτελεσματικά ιόντα. Η ομάδα δοκίμασε τις ανόδους σε μια μπαταρία μοντέλου και διαπίστωσε ότι και τα δύο σύνθετα είχαν καλές χωρητικότητες και μπορούσαν να διαρκέσουν για τουλάχιστον 200 κύκλους.

Το έργο έχει τη δυνατότητα να προσφέρει μια διαδρομή για την ανακύκλωση άλλων απορριμμάτων και να βοηθήσει στην ανάπτυξη πιο βιώσιμων τεχνολογιών επαναφορτιζόμενων μπαταριών.
Η εργασία, «Σύνθετα άνθρακα SnS2/C και FeS2/C που προέρχονται από κέλυφος καβουριού ως άνοδοι για μπαταρίες ιόντων νατρίου υψηλής απόδοσης», δημοσιεύεται στο περιοδικό ACS Omega.

Πηγή: https://www.innovationnewsnetwork.com/innovating-rechargeable-battery-design-crab-shells/30946/
Photo by Wikilmages / Pixabay