Команда представит свою работу сегодня на 253-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).
«Материалы на основе углерода являются наиболее универсальными материалами, используемыми в области хранения и преобразования энергии», — сказал Дунцзян Ян, доктор философии.D., говорит. «Мы хотели производить материалы на основе углерода по действительно« зеленому »пути. Учитывая возобновляемость морских водорослей, мы выбрали экстракт морских водорослей в качестве прекурсора и шаблона для синтеза иерархических пористых углеродных материалов.«Он объясняет, что проект открывает новый способ использования материалов, доступных на Земле, для разработки будущих высокоэффективных многофункциональных углеродных наноматериалов для хранения энергии и катализа в больших масштабах.
Традиционные углеродные материалы, такие как графит, сыграли важную роль в создании современного энергетического ландшафта.
Но для перехода к следующему поколению литий-ионных аккумуляторов и других запоминающих устройств необходим еще лучший материал, желательно тот, который можно было бы получать из экологически чистых источников, говорит Ян.
Помня об этих факторах, Ян, который в настоящее время работает в университете Циндао (Китай), обратился к океану.
Водоросли — это многочисленные водоросли, которые легко растут в соленой воде. В то время как Ян учился в Университете Гриффита в Австралии, он работал с коллегами в Университете Циндао и в Лос-Аламосской национальной лаборатории в США.S. для изготовления пористых углеродных нановолокон из экстракта морских водорослей. Хелатирование или связывание ионов металлов, таких как кобальт, с молекулами альгината привело к получению нановолокон со структурой «яичного бокса», с альгинатными звеньями, охватывающими ионы металлов.
По словам Янга, эта архитектура является ключом к стабильности материала и контролируемому синтезу.
Испытания показали, что материал, полученный из морских водорослей, имел большую обратимую емкость — 625 миллиампер-часов на грамм (мАч-1), что значительно больше, чем емкость 372 мАч-1 традиционных графитовых анодов для литий-ионных аккумуляторов. Это может помочь удвоить запас хода электромобилей, если материал катода будет одинакового качества. Волокна яичного ящика также работали так же хорошо, как и коммерческие катализаторы на основе платины, используемые в технологиях топливных элементов, и с гораздо лучшей долгосрочной стабильностью.
Они также показали высокую емкость в качестве сверхпроводящего материала — 197 Фарад на грамм, что может быть использовано в воздушно-цинковых батареях и суперконденсаторах. Исследователи опубликовали свои первые результаты в ACS Central Science в 2015 году и с тех пор доработали материалы.
Например, основываясь на той же конструкции ящика для яиц, исследователи говорят, что они устранили дефекты в катодах литий-ионных аккумуляторов на основе морских водорослей, которые могут блокировать движение ионов лития и снижать производительность аккумулятора.
А недавно они разработали подход с использованием каррагинана и железа, полученного из красных водорослей, для создания пористого углеродного аэрогеля, легированного серой, со сверхвысокой площадью поверхности. Структура может быть хорошим кандидатом для использования в литий-серных батареях и суперконденсаторах.
Однако для коммерциализации материалов на основе морских водорослей требуется дополнительная работа. Ян говорит, что в настоящее время из морских водорослей можно извлекать более 20000 тонн предшественника альгината в год для промышленного использования.
Но для увеличения производства потребуется гораздо больше.