Alga marina, le alghe commestibili con una lunga storia in alcune cucine asiatiche, e che è diventato anche parte della cultura gastronomica occidentale, potrebbe rivelarsi un ingrediente essenziale in un'altra tendenza:lo sviluppo di modi più sostenibili per alimentare i nostri dispositivi. I ricercatori hanno realizzato un materiale derivato dalle alghe per aiutare a migliorare le prestazioni dei superconduttori, batterie agli ioni di litio e celle a combustibile.

Il team presenterà il lavoro oggi al 253° National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

"I materiali a base di carbonio sono i materiali più versatili utilizzati nel campo dello stoccaggio e della conversione dell'energia, " Dongjiang Yang, dottorato di ricerca, dice. "Volevamo produrre materiali a base di carbonio attraverso un percorso davvero "verde". Data la rinnovabilità delle alghe, abbiamo scelto l'estratto di alghe come precursore e modello per sintetizzare materiali di carbonio porosi gerarchici." Spiega che il progetto apre un nuovo modo di utilizzare materiali abbondanti in terra per sviluppare futuri ad alte prestazioni, nanomateriali di carbonio multifunzionali per lo stoccaggio di energia e la catalisi su larga scala.

Materiali tradizionali in carbonio, come grafite, sono stati essenziali per creare l'attuale panorama energetico. Ma per fare il salto alla prossima generazione di batterie agli ioni di litio e altri dispositivi di archiviazione, è necessario un materiale ancora migliore, preferibilmente uno che può essere di provenienza sostenibile, Yang dice.

Con questi fattori in mente, Yang, che è attualmente alla Qingdao University (Cina), rivolto all'oceano. L'alga è un'alga abbondante che cresce facilmente in acqua salata. Mentre Yang era alla Griffith University in Australia, ha lavorato con i colleghi dell'Università di Qingdao e del Los Alamos National Laboratory negli Stati Uniti per produrre nanofibre di carbonio porose dall'estratto di alghe. chelante, o vincolante, ioni metallici come il cobalto alle molecole di alginato hanno portato a nanofibre con una struttura a "scatola delle uova", con unità di alginato che avvolgono gli ioni metallici. Questa architettura è la chiave per la stabilità del materiale e la sintesi controllabile, Yang dice.

I test hanno dimostrato che il materiale derivato dalle alghe aveva una grande capacità reversibile di 625 milliampere ore per grammo (mAhg-1), che è notevolmente superiore alla capacità di 372 mAhg-1 dei tradizionali anodi di grafite per batterie agli ioni di litio. Ciò potrebbe aiutare a raddoppiare la gamma di auto elettriche se il materiale del catodo è di uguale qualità. Anche le fibre della scatola delle uova si sono comportate come i catalizzatori commerciali a base di platino utilizzati nelle tecnologie delle celle a combustibile e con una stabilità a lungo termine molto migliore. Hanno anche mostrato un'elevata capacità come materiale superconduttore a 197 Farad per grammo, che potrebbe essere applicato in batterie zinco-aria e supercondensatori. I ricercatori hanno pubblicato i loro primi risultati in ACS Central Science nel 2015 e da allora hanno sviluppato ulteriormente i materiali.

Per esempio, costruire sulla stessa struttura a scatola delle uova, i ricercatori affermano di aver soppresso i difetti nelle alghe a base di catodi della batteria agli ioni di litio che possono bloccare il movimento degli ioni di litio e ostacolare le prestazioni della batteria. E di recente, hanno sviluppato un approccio utilizzando carragenina derivata da alghe rosse e ferro per creare un aerogel di carbonio drogato con zolfo poroso con un'area superficiale estremamente elevata. La struttura potrebbe essere un buon candidato da utilizzare nelle batterie litio-zolfo e nei supercondensatori.

È necessario più lavoro per commercializzare i materiali a base di alghe, però. Yang dice che attualmente più di 20, 000 tonnellate di precursore di alginato possono essere estratte dalle alghe all'anno per uso industriale. Ma sarà necessario molto di più per aumentare la produzione.