Krabba och räkor är en riklig källa till kitin. Kredit:Liangbing Hu
Den accelererande efterfrågan på förnybar energi och elfordon utlöser en hög efterfrågan på de batterier som lagrar genererad energi och kraftmotorer. Men batterierna bakom dessa hållbarhetslösningar är inte alltid hållbara i sig. I en tidningspublicering 1 september i tidskriften Matter , skapar forskare ett zinkbatteri med en biologiskt nedbrytbar elektrolyt från en oväntad källa – krabbaskal.
"Ofatta mängder batterier produceras och förbrukas, vilket ökar risken för miljöproblem", säger huvudförfattaren Liangbing Hu, chef för University of Marylands Center for Materials Innovation. "Till exempel tar polypropen- och polykarbonatseparatorer, som används i stor utsträckning i litiumjonbatterier, hundratals eller tusentals år att brytas ned och öka miljöbelastningen."
Batterier använder en elektrolyt för att flytta joner fram och tillbaka mellan positivt och negativt laddade poler. En elektrolyt kan vara en vätska, pasta eller gel, och många batterier använder brandfarliga eller frätande kemikalier för denna funktion. Detta nya batteri, som kan lagra ström från storskaliga vind- och solkällor, använder en gelelektrolyt gjord av ett biologiskt material som kallas kitosan.
"Kitosan är en derivatprodukt av kitin. Kitin har många källor, inklusive cellväggarna hos svampar, exoskeletten hos kräftdjur och bläckfiskfack", säger Hu. "Den vanligaste källan till kitosan är exoskeletten av kräftdjur, inklusive krabbor, räkor och hummer, som lätt kan erhållas från skaldjursavfall. Du kan hitta det på ditt bord."
En biologiskt nedbrytbar elektrolyt innebär att ungefär två tredjedelar av batteriet kan brytas ned av mikrober - denna kitosanelektrolyt bröts ner helt inom fem månader. Detta lämnar kvar metallkomponenten, i det här fallet zink, snarare än bly eller litium, som skulle kunna återvinnas.
"Zink är rikligare i jordskorpan än litium", säger Hu. "Generellt sett är välutvecklade zinkbatterier billigare och säkrare." Detta zink- och kitosanbatteri har en energieffektivitet på 99,7 % efter 1 000 battericykler, vilket gör det till ett lönsamt alternativ för att lagra energi som genereras av vind och sol för överföring till elnät.
Hu och hans team hoppas kunna fortsätta arbeta med att göra batterier ännu mer miljövänliga, inklusive tillverkningsprocessen. "I framtiden hoppas jag att alla komponenter i batterier är biologiskt nedbrytbara", säger Hu. "Inte bara själva materialet utan också tillverkningsprocessen av biomaterial." + Utforska vidare
