De distinkta strukturella och vattenavvisande egenskaperna hos vanlig vass har använts av människor i evigheter, till exempel som byggmaterial och för halmtak. Hur de mikro- och nanostrukturerade kiseldioxidarrangemang som finns rikligt närvarande i naturliga vassblad kan utnyttjas för att producera anodmaterialen i litiumjonbatterier har nyligen utforskats av kinesiska och tyska forskare och har publicerats i tidskriften Angewandte Chemie .
Nanoporöst kisel anses av många vara nästa generations anodmaterial i litiumjonbatterier eftersom det erbjuder fördelen med en mycket högre teoretisk kapacitet och lägre driftsspänning än de vanliga grafitkolmaterialen. Den stora utmaningen, dock, håller på att hitta en lämplig lågkostnadsstrategi för att använda ett lämpligt nanostrukturerat kiselmaterial som skulle kompensera för den stora volymexpansionen vid införande av litium. Ett verkligt distinkt tillvägagångssätt från de utarbetade fysikaliska eller kemiska behandlingarna av dyra kiselprekursorer har utforskats av Yan Yu och hennes kollegor vid Max Planck Institute for Solid State Research, University of Science and Technology i Kina, och South China University of Technology.
Forskarna föreställde sig att den hierarkiska arkitekturen hos kiseldioxiden som redan finns i bladen på vanliga vassväxter lätt kan omvandlas till den mikro- och nanoporösa kiselarkitektur som krävs för litiumjonbatterimaterial. "Vävblad uppvisar väldefinierade arkliknande 3D-hierarkiska mikrostrukturer, "påpekar de, "som kan omvandlas till 3D mycket porösa hierarkiska kiselarkitekturer genom magnetisk reduktion." Denna magnesioterma reduktion kombinerades också med ett enkelt kolbeläggningssteg för att så småningom uppnå ett anodiskt material som uppvisar hög specifik kapacitet, mycket bra hastighetsförmåga, och cykelstabilitet, precis som det krävs i avancerade litiumjonbatterier.
Det som är särskilt intressant här är att den topologiska arkitekturen hos de ursprungliga silikaterna i vasslöven är utomordentligt väl bevarad under de applicerade kemiska och fysikaliska behandlingsstegen. Efter reningen från de torra vasslöven, den tredimensionella strukturen bara krymper, men behåller sitt mesoporösa nätverk. Det förändras inte ens under reduktionen till det slutliga karboniserade kiselnätverket. Denna robusthet i strukturbevarande gör att vassväxter, som växer som stora monokulturer i våtmarkerna i tempererade områden, speciellt lämplig som ny, hållbart råmaterial för batterimaterial.
