Новый углеродный материал на основе водорослей повысит производительность аккумуляторов, сверхпроводников и топливных элементов.


Осознавая экологическую ситуацию на планете, многие исследователи стремятся расширить использование материалов, изготовленных из возобновляемых источников, в самых разных областях. Здесь можно вспомнить биотопливо, батареи из дубовых листьев, целлюлозу в трёхмерной печати и многое другое.

Так, богатые белками, витаминами и минералами морские водоросли давно признаны ценнейшей добавкой к рациону человека. Но учёные предлагают использовать их и для создания более эффективных и экологичных сверхпроводников и батарей.

На сегодняшний день наиболее распространённым в мире источником питания являются литий-ионные аккумуляторы, которые используются в самых разных устройствах – от смартфонов до электромобилей. В качестве отрицательно заряженной пластины в этих элементах используется углеродный материал графит. Но, по мнению специалистов, для совершения прорыва в развитии возобновляемой энергетики требуется найти более эффективный аналог, масштабное производство которого не будет наносить вред окружающей среде.

Команда учёных из Китая, Австралии и США под руководством Дунцзян Яна (Dongjiang Yang), который сейчас работает в Университете Циндао (Qingdao University), обратилась к богатым ресурсам океана. Учёные экспериментировали с экстрактами из быстрорастущих морских водорослей. В результате им удалось получить пористые углеродные волокна с включением молекул альгиновой кислоты, которые обволакивали ионы металлов, таких как кобальт.

Когда учёные использовали полученный комплекс в качестве анода батареи, оказалось что его ёмкость составляет 625 миллиампер часов на грамм, что более чем в полтора раза выше ёмкости традиционных графитовых анодов. Это означает, что при условии наличия катода аналогичной ёмкости можно значительно повысить время работы электрических устройств.

Волокна из водорослей также продемонстрировали сверхпроводящие свойства с ёмкостью 197 Фарад на грамм и могут быть использованы в перспективных воздушно-цинковых элементах питания и ионисторах.


"Углеродные материалы наиболее универсальны в области хранения и преобразования энергии, — говорит Ян в пресс-релизе. – Мы хотели найти способ производить их действительно "зелёным" путём, для чего и выбрали экстракт морских водорослей в качестве основы для синтеза пористых углеродных структур".


Во время презентации своей работы на 253-й встрече Американского химического общества (ACS) Ян также рассказал, что его команда нашла и другие варианты применения новых материалов. Например, они использовали каррагинан и железо, выделенные из бурых водорослей, для создания пористого углеродного аэрогеля с включениями серы. Этот материал с ультравысокой площадью поверхности имеет хороший потенциал для применения в литий-серных аккумуляторах.