Kryzysy energetyczne sprawiają, że część świata w coraz większym stopniu zwraca się ku energii odnawialnej. To zaś z kolei zwiększa zapotrzebowanie na coraz wydajniejsze akumulatory, mogące przechowywać wytworzoną w ten sposób energię. Jednak produkowane obecnie baterie nie są już tak „zielone”, choć w ostatnim czasie pojawił się pomysł na taką ich konstrukcję, aby zawierały w sobie komponent pozyskiwany z pancerzyków krabów. Zaprojektowany prototyp może być ładowany co najmniej 1000 razy i do tego jest biodegradowalny.
Rosnący popyt na energię odnawialną i pojazdy elektryczne pokazuje, że świat podąża w kierunku wdrażania rozwiązań ekologicznych również w sektorze energetycznym. Jednak poza pozyskiwaniem energii, należałoby mieć gdzie ją magazynować. Do tego, jak już jest mowa o „zielonej energii”, to pasowałoby mieć również baterie, których wytwarzanie też jest przyjazne dla środowiska.
Taki akumulator zaprojektowali naukowcy kierowani przez Liangbing Hu z Centrum Innowacji Materiałowych Uniwersytetu Maryland. Bateria z elektrolitem z pancerzy krabów i cynku może magazynować energię, a następnie jej części mogą w ciągu kilku lat bezpiecznie ulec biodegradacji lub zostać poddane recyklingowi.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Matter” (DOI: 10.1016/j.matt.2022.07.015).
Na kwestię potencjalnych problemów dla środowiska, jakie niesie za sobą użytkowanie istniejących obecnie akumulatorów, zwraca uwagę Liangbing Hu. Jako przykład podaje tutaj stosowane w akumulatorach litowo-jonowych separatory. Są one zazwyczaj wykonane z polipropylenu, który to materiał może pozostawać w środowisku przez długie lata. Kolejnym potencjalnym zagrożeniem jest elektrolit, który niezależnie od tego, czy przybiera formę płynną, żelową czy inną, może być łatwopalny lub zwyczajnie żrący.
Dlatego też konieczne byłoby opracowanie innego rozwiązania, które nie stanowiłoby zagrożenia dla środowiska w takim stopniu, w tym oczywiście dla nas samych. W opublikowanym artykule naukowym badacze zaproponowali alternatywę dla dotychczas stosowanych elektrolitów. Ma on formę żelu i jest wykonany z materiału zwanego chitozanem. Skojarzenie z chityną jest tutaj jak najbardziej właściwe.
Naukowcom udało się wykonać akumulator cynkowy z elektrolitem z chitozanu, który z kolei jest produktem ubocznym chityny. Jest to więc materiał naturalny, a zatem w pełni biodegradowalny. Natomiast najbardziej oczywistym źródłem chityny są egzoszkielety skorupiaków, takich jak kraby, krewetki oraz homary. Ich resztki mogą zatem pochodzić z przemysłu spożywczego.
Jeśli chodzi o biodegradowalność wykonanych w ten sposób akumulatorów, to zastosowanie chitozanu sprawia, że rozkładowi ulega aż 2/3 całości takiego akumulatora. Sam elektrolit rozkłada się całkowicie w ciągu zaledwie 5 miesięcy. Natomiast pozostający z akumulatora cynk może zostać poddany recyklingowi.
Zdaniem wspomnianego Hu tego typu akumulatory będą jednocześnie tańsze i bezpieczniejsze. Są przy tym dosyć wydajne. Po 1000 cykli ładowania i rozładowania baterii, nowa bateria zachowuje efektywność energetyczną na poziomie 99,7 proc.
Źródło: Cell Press, fot. Liangbing Hu
