Kan portabella-svampar stoppa mobiltelefonbatterier från att försämras med tiden? Forskare vid University of California, Riverside Bourns College of Engineering tror det.

De har skapat en ny typ av litiumjonbatterianod med portabella-svampar, som är billiga, miljövänlig och lätt att producera. Den nuvarande industristandarden för laddningsbara litiumjonbatterianoder är syntetisk grafit, som kommer med en hög tillverkningskostnad eftersom det kräver tråkiga renings- och beredningsprocesser som också är skadliga för miljön.

Med den förväntade ökningen av batterier som behövs för elfordon och elektronik, Det behövs en billigare och hållbar källa för att ersätta grafit. Att använda biomassa, ett biologiskt material från levande eller nyligen levande organismer, som ersättning för grafit, har nyligen uppmärksammats på grund av dess höga kolhalt, låg kostnad och miljövänlighet.

Ingenjörer vid UC Riverside drogs till att använda svamp som en form av biomassa eftersom tidigare forskning har visat att de är mycket porösa, vilket innebär att de har många små utrymmen för vätska eller luft att passera igenom. Den porositeten är viktig för batterier eftersom den skapar mer utrymme för lagring och överföring av energi, en kritisk komponent för att förbättra batteriets prestanda.

Dessutom, den höga kaliumsaltkoncentrationen i svamp möjliggör ökat elektrolytaktivt material över tiden genom att aktivera fler porer, gradvis öka sin kapacitet.

En konventionell anod tillåter litium att helt komma åt det mesta av materialet under de första cyklerna och kapaciteten bleknar på grund av elektrodskador uppstår från den punkten. Svampens kolanodteknik kan, med optimering, byt ut grafitanoder. Det ger också en bindemedelsfri och strömavtagarefri metod för anodtillverkning.

"Med batterimaterial som detta, framtida mobiltelefoner kan se en ökad körtid efter många användningar, snarare än en minskning, på grund av uppenbar aktivering av blinda porer i kolarkitekturen när cellen laddas och urladdas över tiden, sa Brennan Campbell, en doktorand på Materials Science and Engineering-programmet vid UC Riverside.

Forskningsresultaten beskrevs i en artikel, "Bio-härledd, Pärmlös, Hierarkiskt porösa kolanoder för litiumjonbatterier, " publicerad idag (29 september) i tidskriften Vetenskapliga rapporter . Den skrevs av Cengiz Ozkan och Mihri Ozkan, båda professorerna vid Bourns College of Engineering, och tre av deras nuvarande eller tidigare doktorander:Campbell, Robert Ionescu och Zachary Favors.

Nanokolarkitekturer som härrör från biologiska material som svamp kan betraktas som ett grönt och hållbart alternativ till grafitbaserade anoder, sa Cengiz Ozkan, en professor i maskinteknik och materialvetenskap och teknik.

De nanobandliknande arkitekturerna omvandlas vid värmebehandling till en sammankopplad porös nätverksarkitektur som är viktig för batterielektroder eftersom sådana arkitekturer har en mycket stor yta för lagring av energi, en kritisk komponent för att förbättra batteriets prestanda.

Ett av problemen med konventionella kol, som grafit, är att de vanligtvis framställs med kemikalier som syror och aktiveras av baser som inte är miljövänliga, sa Mihri Ozkan, professor i el- och datateknik. Därför, UC Riverside-teamet är fokuserat på naturligt härledda kol, såsom skalet på locken på portabella-svampar, för att tillverka batterier.

Det förväntas att nästan 900, 000 ton naturlig rågrafit skulle behövas för anodtillverkning för nästan sex miljoner elfordon som förväntas byggas till 2020. Detta kräver att grafiten behandlas med starka kemikalier, inklusive fluorvätesyra och svavelsyra, en process som skapar stora mängder farligt avfall. Europeiska unionen räknar med att denna process kommer att vara ohållbar i framtiden.

Ozkans forskning stöds av University of California, Riverside.

Denna artikel som involverar svamp publiceras drygt ett år efter att Ozkans labb utvecklat en litiumjonbatterianod baserad på nanokisel via strandsand som naturligt råmaterial. Ozkans team arbetar för närvarande med utvecklingen av prototypbatterier baserade på nanokiselanoder.

UCR Office of Technology Commercialization har lämnat in patent för ovanstående uppfinningar.