Учёные предлагают использовать панцири крабов и омаров для создания экологичных батарей 🦀🔋

Учёные из Университета Мэриленда предложили использовать химическое вещество, содержащееся в панцирях крабов и омаров, для производства более экологичных батарей. «Мы считаем, что важны как биодеградируемость материала и минимальное воздействие на окружающую среду, так и эффективность батарей. Всё это имеет значение для продукта, который потенциально может выйти на рынок», — отметил Лянбин Ху, директор Центра инновационных материалов Университета Мэриленда и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Matter.

С развитием зелёной энергетики и электротранспорта возрастает потребность в экологичных батареях. Традиционные литий-ионные батареи могут разлагаться сотни или тысячи лет, а их химические компоненты часто являются коррозийными и воспламеняемыми. В отдельных случаях батареи бытовых устройств приводили к пожарам на транспорте или на перерабатывающих предприятиях.

Команда исследователей разработала батареи, использующие продукт из панцирей ракообразных для хранения энергии. Панцири крабов, креветок и омаров состоят из клеток, содержащих хитин — полисахарид, придающий панцирю прочность и устойчивость. Этот материал широко распространён в природе и встречается также в грибах и насекомых, но чаще всего его выбрасывают как пищевые отходы. Ранее учёные изучали его применение в медицине, например, для перевязочных материалов и противовоспалительных средств, а теперь исследуют его в электротехнике.

Хитин химически обрабатывают и добавляют водный раствор уксусной кислоты, после чего его можно синтезировать в твёрдую гелеобразную мембрану, которая используется как электролит батареи. Электролит — это жидкость, паста или гель внутри батареи, через который ионы перемещаются от одного электрода к другому, обеспечивая накопление энергии.

Объединив хитозановый электролит с цинком — природным металлом, который всё чаще используется в дешёвых и безопасных батареях, — исследователи создали возобновляемую батарею. Она сохраняет 99,7% энергии даже после 1 000 циклов заряда-разряда (примерно 400 часов), что позволяет быстро заряжать и разряжать её без потери производительности.

«Батареи редко могут эффективно работать при высокой плотности тока. Показанные результаты демонстрируют потенциал материалов на основе хитозана», — отметил Ху. Батареи не воспламеняются, а две трети их состава из хитозана разлагаются в почве за пять месяцев благодаря микробной активности, оставляя пригодный для переработки цинк.

Антонио Х. Фернандес Ромеро, профессор материаловедения Университета Картахены в Испании, не участвовавший в исследовании, отметил: «Свойства этих батарей впечатляют. Создание экологичных, дешёвых и высокоэффективных батарей — одна из важнейших задач на ближайшие годы». Он добавил, что биодеградация критически важна, и на лабораторном уровне система работает хорошо, но потребуется проверка в коммерческих условиях.

По словам Ху и соавторов, разработка может стать шагом к созданию высокоэффективных и устойчивых батарей для зелёного хранения энергии. Грэм Ньютон, профессор химии материалов Университета Ноттингема и эксперт по устойчивым батареям, отметил: «Результаты батарей на основе хитозана и цинка многообещающие. Некоторые подобные технологии уже коммерциализированы и испытываются в системах стационарного хранения энергии».

Учёные подчёркивают, что предстоит решить ещё много задач, но фундаментальные исследования, подобные этому, крайне важны для будущего экологичных технологий хранения энергии. 🌱🔋