Tång, de ätbara algerna med en lång historia i vissa asiatiska kök, och som också har blivit en del av den västerländska matkulturen, kan visa sig vara en viktig ingrediens i en annan trend:utvecklingen av mer hållbara sätt att driva våra enheter. Forskare har gjort ett material som härrör från tång för att hjälpa till att öka prestandan hos supraledare, litiumjonbatterier och bränsleceller.

Teamet kommer att presentera arbetet idag vid det 253:e nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS).

"Kolbaserade material är de mest mångsidiga materialen som används inom området för energilagring och omvandling, "Dongjiang Yang, Ph.D., säger. "Vi ville producera kolbaserade material via en riktigt "grön" väg. Med tanke på tångens förnybarhet, vi valde sjögräsextrakt som en prekursor och mall för att syntetisera hierarkiska porösa kolmaterial." Han förklarar att projektet öppnar ett nytt sätt att använda jordnära material för att utveckla framtida högpresterande, multifunktionella kolnanomaterial för energilagring och katalys i stor skala.

Traditionella kolmaterial, som grafit, har varit avgörande för att skapa det nuvarande energilandskapet. Men för att ta steget till nästa generation av litiumjonbatterier och andra lagringsenheter, ett ännu bättre material behövs, helst en som kan anskaffas på ett hållbart sätt, säger Yang.

Med dessa faktorer i åtanke, Yang, som för närvarande är vid Qingdao University (Kina), vände sig till havet. Tång är en riklig alg som växer lätt i saltvatten. Medan Yang var på Griffith University i Australien, han arbetade med kollegor vid Qingdao University och vid Los Alamos National Laboratory i USA för att göra porösa kolnanofibrer av tångextrakt. Kelatering, eller bindande, metalljoner som kobolt till alginatmolekylerna resulterade i nanofibrer med en "ägglåda"-struktur, med alginatenheter som omsluter metalljonerna. Denna arkitektur är nyckeln till materialets stabilitet och kontrollerbara syntes, säger Yang.

Tester visade att det tånghärledda materialet hade en stor reversibel kapacitet på 625 milliampere timmar per gram (mAhg-1), vilket är betydligt mer än kapaciteten på 372 mAhg-1 för traditionella grafitanoder för litiumjonbatterier. Detta skulle kunna bidra till att dubbla elbilarnas räckvidd om katodmaterialet är av samma kvalitet. Äggboxfibrerna presterade också lika bra som kommersiella platinabaserade katalysatorer som används i bränslecellsteknologier och med mycket bättre långsiktig stabilitet. De visade också hög kapacitans som ett supraledarematerial på 197 Farads per gram, som skulle kunna användas i zink-luftbatterier och superkondensatorer. Forskarna publicerade sina första resultat i ACS Central Science 2015 och har sedan dess utvecklat materialen ytterligare.

Till exempel, bygger på samma ägglådestruktur, forskarna säger att de har undertryckt defekter i tångbaserade, litiumjonbatterikatoder som kan blockera rörelsen av litiumjoner och hindra batteriets prestanda. Och nyligen, de har utvecklat ett tillvägagångssätt med rödalger-härledd karragenan och järn för att göra en porös svaveldopad kolaerogel med en ultrahög yta. Strukturen kan vara en bra kandidat att använda i litium-svavelbatterier och superkondensatorer.

Mer arbete behövs för att kommersialisera de tångbaserade materialen, dock. Yang säger för närvarande mer än 20, 000 ton alginatprekursor kan utvinnas ur tång per år för industriellt bruk. Men det kommer att krävas mycket mer för att skala upp produktionen.