Крабы могут помочь создать аккумуляторы нового поколения

Аккумуляторы являются одним из важнейших аспектов развития технологий будущего. Весь технологический прогресс практически зависит от улучшения ресурса, мощности, емкости и других характеристик аккумуляторных батарей. Теперь в процессе разработки новых аккумуляторов учёные решили обратиться к природе, а именно к структуре оболочки крабов.

• Грунтовая бактерия научила ученых производить электричество из воздуха

Детали

Хитозан – производный полисахаридный полимер хитина, которого много в панцирах ракообразных, а также в экзоскелетах насекомых и клеточных стенках грибов, давно интересовал ученых. Но теперь ученые обнаружили, что переработка отходов оболочек в твердый углерод может сформировать ключевую часть электрической цепи для аккумуляторных натриевых батарей – устойчивой альтернативы текущей литиевой технологии.

Исследователи обнаружили, что производство твердого углерода из оболочки может работать в качестве анода для натриево-ионных батарей. Нагревая оболочки до температуры, превышающей 538C, они превращали оболочку в углерод и добавляли его к раствору сульфида олова (SnS2) или сульфида железа (FeS2). Это сформировало жизнеспособный натриево-ионный анод или положительный электрод аккумулятора.

Натрий-ионные батареи (SIB) – это новая технология и устойчивая альтернатива литий-ионным батареям (LIB). Несмотря на химическое сходство ионов натрия с литием, ионы натрия больше и требуют иного анода, чем обычно изготовленные из графита. Именно здесь команда Юнь Чена, Юэ Чжао, Хунбинь Лю и Тингли Ма обнаружила совместимую альтернативу в крабах.

Углерод краба создал ячеистый, волокнистый анод с большой площадью поверхности, улучшивший проводимость и способность транспортировать ионы натрия. И команда обнаружила, что в ее модельной батарее, как композиты олова, так и железа имели приличную емкость перезарядки не менее 200 циклов. Хотя это не территория литиевых батарей, это положительный шаг к более устойчивой технологии аккумуляторов.

В прошлом году Всемирный экономический форум пролил свет на многие вопросы, связанные с текущей жизнеспособностью добычи лития, предусмотрев возможный дефицит этого ограниченного ресурса уже в 2025 году. Проблема усугубляется его влиянием на окружающую среду, а также высокой стоимостью воды, которой требует добыча лития, ведь часто этот ресурс залегает в склонных к засухам регионах. Поскольку его использование в аккумуляторных технологиях для электромобилей вызывает огромный спрос, идет гонка за разработкой новых устойчивых альтернатив.

Это исследование было проведено шесть месяцев после того, как ученые обнаружили, что гелевый электролит, полученный из хитозана, может помочь питать цинковые батареи. Он оказался гораздо более устойчивым и не содержит коррозионных и легковоспламеняющихся химикатов, как в современных растворах электролитов, транспортирующих ионы для литиевых батарей.

Раньше хитин и хитозан играли ключевую роль в самовосстанавливающейся краске, биотехнологических транзисторах, пластиковых заменителях, фильтрах против вируса гриппа и противовирусных препаратах. С другой стороны, ученые также упорно работают над поиском альтернативы проблематичному получению лизата амебоцитов Limulus (LAL) из крови подковообразного краба, который более 40 лет был неотделимой частью разработки безопасных вакцин и других инъекционных препаратов.

Крабовый углерод можно создать исключительно из побочных продуктов, которые, по мнению команды, оказывают минимальное влияние на популяции животных, в дополнение к более широким экологическим преимуществам от отказа от лития. Поскольку стоимость литиевого сырья растет, это также является более экономичной альтернативой. Авторы исследования подчеркивают:

Это исследование обеспечивает эффективный способ использования недорогого сырья для производства натрий-ионных аккумуляторов с высокой удельной энергией.

Ранее учёные предложили использовать древесный гриб как экологическую альтернативу пластику. Понимание клеточной структуры этого гриба поможет создавать так называемые живые материалы, которые будут прочнее и экологичнее имеющихся сейчас.