https://frosthead.com

Οι επιστήμονες γυρνάνε τη συσσώρευση φυστικιών στα συστατικά των μπαταριών

Σε μια επιστημονική εξέλιξη που θα ήταν ο φθόνος του ίδιου του George Washington Carver, οι επιστήμονες ίσως έχουν καταλήξει να χρησιμοποιούν την πιο έξυπνη χρήση του φυστικιού. Αλλά αυτά δεν είναι το δημοφιλές όσπριο που η Carver είναι διαμορφωμένη σε τρόφιμα, χρωστικές και καλλυντικά - συσκευάζουν φυστίκια. Μια ομάδα μηχανικών χημικών στο Πανεπιστήμιο Purdue έχει πλέον αναπτύξει έναν συναρπαστικό τρόπο επαναχρησιμοποίησης των φυστικιών συσκευασίας για την κατασκευή ανθρωδών ανθρωποειδών, ενός συστατικού των επαναφορτιζόμενων μπαταριών που ξεπερνούν τις ανταγωνιστικές μπαταρίες στην αγορά.

Τα φιστίκια συσκευασίας έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά χρήσιμα για την ασφαλή άφιξη ογκωδών δεμάτων με αμελητέα προστιθέμενη βαρύτητα. Ωστόσο, είναι ένας διάβολος που πρέπει να απορρίψει. Επειδή καταλαμβάνουν τόσα πολλά περιθώρια και είναι δαπανηρά για τη μεταφορά τους, πολλές υπηρεσίες ανακύκλωσης δεν επιτρέπουν πλέον τη χρήση φιστικιών. Ως αποτέλεσμα, μόνο ένα μέρος των φιστικιών συσκευασίας ανακυκλώνονται σωστά.

Η υπόλοιπη πλειοψηφία παίρνει αντικείμενο ντάμπινγκ σε χώρους υγειονομικής ταφής όπου μπορεί να αποτελέσει σημαντική περιβαλλοντική απειλή. Εκτός από τη λήψη πολλών γενεών για να αποσυντεθούν, τα πολυαιθυλένιο (Styrofoam είναι το κοινό εμπορικό σήμα) με βάση τα φιστίκια περιέχουν χημικές ουσίες που πιστεύεται ότι είναι καρκινογόνες. Σε απάντηση στην κριτική για αυτές τις επιβλαβείς περιβαλλοντικές επιπτώσεις, οι κατασκευαστές εισήγαγαν μη τοξικά βασισμένα σε άμυλο βασικά, βιοαποικοδομήσιμα φιστίκια. Ωστόσο, οι ερευνητές στο Purdue ισχυρίζονται ότι αυτή η «πράσινη» εναλλακτική λύση μπορεί επίσης να περιέχει δυνητικά επικίνδυνες χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για να «φουσκώσουν» αυτά τα φιστίκια.

Ο Vilas Pol, αναπληρωτής καθηγητής της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Purdue και κύριος συγγραφέας της μελέτης, λέει ότι η έμπνευσή του για το έργο ήρθε, παραγγέλλοντας υλικά για το νέο εργαστήριο ερευνών για τις μπαταρίες του. "Παίρνουμε πολλούς εξοπλισμούς και χημικές ουσίες σε πολλά κιβώτια γεμάτα αραχίδες, και σε κάποιο σημείο συνειδητοποίησα ότι όλα αυτά τα φιστίκια θα σπαταλούσαν" λέει ο Pol. «Θέλαμε να κάνουμε κάτι που ήταν καλό για την κοινωνία και το περιβάλλον».

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται κυρίως από ένα θετικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος) κατασκευασμένο από μια ουσία με βάση το λίθιο, ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο (άνοδος) από άνθρακα, μια πολυμερική μεμβράνη που το διαχωρίζει και μια υγρή ουσία ηλεκτρολύτη που μπορεί να φέρεται μέσω της μεμβράνης. Όταν φορτίζεται η μπαταρία, τα θετικά ιόντα λιθίου κινούνται από τη θετική κάθοδο στην αρνητική άνοδο και αποθηκεύονται στον άνθρακα. Αντίθετα, όταν χρησιμοποιείται η μπαταρία, τα ιόντα λιθίου ρέουν προς την αντίθετη κατεύθυνση, δημιουργώντας ηλεκτρισμό.

Μετά από μια αρχική ανάλυση αποκάλυψε ότι τα κύρια συστατικά των φιστικιών συσκευασίας είναι ο άνθρακας, το υδρογόνο και το οξυγόνο, η ομάδα επιδίωξε να αναπτύξει μια διαδικασία που θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τον άνθρακα για να δημιουργήσει μια άνοδο για μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Με τη θέρμανση των φιστικιών κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, η ομάδα ήταν σε θέση να απομονώσει τον άνθρακα, με ιδιαίτερη προσοχή για να απορρίψει το οξυγόνο και το υδρογόνο μέσω του σχηματισμού υδρατμών, έτσι ώστε να μην δημιουργηθεί ένα παραπροϊόν που ήταν επικίνδυνο για το περιβάλλον. Η ομάδα έπειτα έθεσε επιπλέον θερμότητα στον υπόλοιπο άνθρακα, διαμορφώνοντάς τον σε πολύ λεπτά φύλλα ικανά να χρησιμεύσουν ως ανόδιο για την μπαταρία τους.

Παραδόξως, η νέα "ανακυκλωμένη" μπαταρία υπερβαίνει κατά πολύ τις προσδοκίες των επιστημόνων - αποθηκεύοντας μεγαλύτερη συνολική φόρτιση, κατά περίπου 15%, και φορτίζοντας ταχύτερα από άλλες συγκρίσιμες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αποδεικνύεται ότι η μοναδική διαδικασία κατασκευής της ομάδας αλλοίωσε αντικανονικά τη δομή του άνθρακα προς όφελός τους. Περαιτέρω έρευνα αποκάλυψε ότι, όταν το νερό απελευθερώθηκε από το άμυλο, παρήγαγε μικρούς πόρους και κοιλότητες-αυξάνοντας τη συνολική επιφάνεια ικανή να συγκρατεί το φορτίο λιθίου. Ο Pol και οι συνάδελφοί του ανακάλυψαν επίσης ότι η διαδικασία τους αύξησε την απόσταση μεταξύ των ατόμων άνθρακα - διευκολύνοντας μια ταχύτερη φόρτιση επιτρέποντας στα ιόντα λιθίου να έχουν πιο αποτελεσματική πρόσβαση σε κάθε άτομο άνθρακα. "Είναι σαν να έχετε μια μεγαλύτερη πόρτα για το λιθίου να ταξιδέψει", λέει ο Pol. "Και αυτός ο μεγαλύτερος χώρος παρακινεί το λίθιο να κινηθεί γρηγορότερα".

Εκτός από τις εγγενείς θετικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις της επαναχρησιμοποίησης των φυστίκι που διαφορετικά θα πλήττουν τους χώρους υγειονομικής ταφής, η απομόνωση του καθαρού άνθρακα από τα φιστίκια απαιτεί ελάχιστη ενέργεια (μόνο 1.100 βαθμούς Φαρενάιτ). Αντίθετα, η θερμοκρασία που απαιτείται για την παραγωγή συμβατικού άνθρακα που χρησιμοποιείται για ανόδους μπαταρίας κυμαίνεται μεταξύ 3.600 και 4.500 βαθμών Φαρενάιτ και διαρκεί αρκετές ημέρες, δηλώνει ο Pol.

Οι ερευνητές έχουν υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη νέα τεχνολογία τους, ελπίζοντας να το φέρουν στην αγορά τα επόμενα δύο χρόνια και σχεδιάζουν να διερευνήσουν και άλλες χρήσεις για τον άνθρακα. "Αυτή είναι μια πολύ επεκτάσιμη διαδικασία", λέει ο Pol. Και "αυτές οι μπαταρίες είναι μόνο μία από τις εφαρμογές. Ο άνθρακας είναι παντού.

Οι επιστήμονες γυρνάνε τη συσσώρευση φυστικιών στα συστατικά των μπαταριών