Seetang: Vom Superfood zum Supraleiter

Algen: Alles Wissenswert rund um das Super-Food | Galileo | ProSieben (Kann 2019).

Anonim

Algen, die essbaren Algen mit einer langen Geschichte in einigen asiatischen Küchen, und die auch Teil der westlichen Feinschmeckerkultur geworden sind, könnten sich als wesentlicher Bestandteil eines anderen Trends herausstellen: der Entwicklung nachhaltigerer Möglichkeiten, unsere Geräte mit Energie zu versorgen. Forscher haben ein Seetang-abgeleitetes Material hergestellt, um die Leistung von Supraleitern, Lithium-Ionen-Batterien und Brennstoffzellen zu unterstützen.

Das Team wird die Arbeiten heute auf dem 253. National Meeting & Exposition der American Chemical Society (ACS) vorstellen.

"Kohlenstoffbasierte Materialien sind die vielseitigsten Materialien auf dem Gebiet der Energiespeicherung und -umwandlung", sagt Dongjiang Yang, Ph.D. "Wir wollten Materialien auf Kohlenstoffbasis über einen wirklich" grünen "Weg produzieren. Angesichts der Erneuerbarkeit von Seegras wählten wir Algenextrakt als Vorstufe und Vorlage, um hierarchische poröse Kohlenstoffmaterialien zu synthetisieren." Er erklärt, dass das Projekt einen neuen Weg eröffnet, um Materialien zu nutzen, die reich an Erde sind, um zukünftige leistungsfähige multifunktionale Kohlenstoff-Nanomaterialien für Energiespeicherung und Katalyse in großem Maßstab zu entwickeln.

Traditionelle Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit, waren für die Schaffung der gegenwärtigen Energielandschaft unerlässlich. Um jedoch den Sprung zur nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien und anderen Speichergeräten zu schaffen, wird ein noch besseres Material benötigt, vorzugsweise eines, das nachhaltig beschafft werden kann, sagt Yang.

Mit diesen Faktoren wandte sich Yang, der zurzeit an der Universität von Qingdao (China) arbeitet, dem Ozean zu. Seetang ist eine reichlich vorhandene Alge, die in Salzwasser leicht wächst. Während Yang an der Griffith University in Australien war, arbeitete er mit Kollegen an der Universität Qingdao und im Los Alamos National Laboratory in den USA zusammen, um poröse Kohlenstoffnanofasern aus Algenextrakt herzustellen. Die Chelatbildung oder Bindung von Metallionen wie Cobalt an die Alginatmoleküle führte zu Nanofasern mit einer "Eierkasten" -Struktur, wobei Alginateinheiten die Metallionen umhüllten. Diese Architektur ist der Schlüssel für die Stabilität und kontrollierbare Synthese des Materials, sagt Yang.

Tests zeigten, dass das von Seetang abgeleitete Material eine große reversible Kapazität von 625 Milliamperestunden pro Gramm (mAhg-1) aufwies, was beträchtlich mehr ist als die Kapazität von 372 mAhg-1 herkömmlicher Graphitanoden für Lithium-Ionen-Batterien. Dies könnte helfen, die Reichweite von Elektroautos zu verdoppeln, wenn das Kathodenmaterial von gleicher Qualität ist. Die Ei- Box-Fasern entwickelten sich ebenso gut wie kommerzielle Katalysatoren auf Platinbasis, die in Brennstoffzellen-Technologien verwendet werden und eine viel bessere Langzeitstabilität aufweisen. Sie zeigten auch eine hohe Kapazität als Supraleitermaterial mit 197 Farad pro Gramm, die in Zink-Luft-Batterien und Superkondensatoren angewendet werden konnte. Die Forscher veröffentlichten ihre ersten Ergebnisse in ACS Central Science im Jahr 2015 und haben seitdem die Materialien weiterentwickelt.

Auf der gleichen Ei-Box-Struktur aufbauend, sagen die Forscher beispielsweise, dass sie Defekte in Lithium-Ionen-Batteriekathoden auf Algenbasis unterdrückt haben, die die Bewegung von Lithium-Ionen blockieren und die Batterieleistung beeinträchtigen können. Und kürzlich haben sie einen Ansatz entwickelt, bei dem aus roten Algen gewonnenes Carrageenan und Eisen zu porösem, schwefeldotiertem Kohlenstoff-Aerogel mit einer ultrahohen Oberfläche verarbeitet werden. Die Struktur könnte ein guter Kandidat für Lithium-Schwefel-Batterien und Superkondensatoren sein.

Es ist jedoch mehr Arbeit erforderlich, um die auf Algen basierenden Materialien zu kommerzialisieren. Yang sagt, dass derzeit mehr als 20.000 Tonnen Alginatvorläufer aus Seetang pro Jahr für den industriellen Einsatz extrahiert werden können. Um die Produktion zu steigern, ist jedoch noch viel mehr erforderlich.

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