Kolfibrer härrörande från en hållbar källa, en typ av vild svamp, och modifierade med nanopartiklar har visat sig överträffa konventionella grafitelektroder för litiumjonbatterier.

Forskare vid Purdue University har skapat elektroder från en art av vild svamp som kallas Tyromyces fissilis.

"Nuvarande toppmoderna litiumjonbatterier måste förbättras i både energitäthet och effektuttag för att möta den framtida efterfrågan på energilagring i elfordon och energilagringstekniker i elnätet, sa Vilas Pol, en docent vid Institutionen för kemiteknik och Skolan för materialteknik. "Så det finns ett stort behov av att utveckla nya anodmaterial med överlägsen prestanda."

Batterier har två elektroder, kallas en anod och en katod. Anoderna i de flesta av dagens litiumjonbatterier är gjorda av grafit. Litiumjoner finns i en vätska som kallas en elektrolyt, och dessa joner lagras i anoden under omladdning.

Pol och doktoranden Jialiang Tang har funnit att kolfibrer härrörande från Tyromyces fissilis och modifierade genom att fästa koboltoxidnanopartiklar överträffar konventionell grafit i anoderna. Hybriddesignen har ett synergistiskt resultat, sa Pol.

"Både kolfibrerna och koboltoxidpartiklarna är elektrokemiskt aktiva, så din kapacitet blir högre eftersom de båda deltar, " han sa.

Hybridanoderna har en stabil kapacitet på 530 milliampere timmar per gram, vilket är en och en halv gånger större än grafitens kapacitet.

Resultaten beskrivs i ett papper som visas online den 17 mars i American Chemical Society's Hållbar kemi och teknik tidning.

En metod för att förbättra batteriprestanda är att modifiera kolfibrer genom att fästa vissa metaller, legeringar eller metalloxider som möjliggör ökad lagring av litium under laddning. Tang fick idén att tappa svampar för råvaror samtidigt som han forskade om alternativa källor för kolfiber.

"De metoder som nu används för att tillverka kolfibrer för batterier är ofta kemiskt tunga och dyra, " sa Tang.

Han lade märke till en svamp som växte på en ruttnande trästubb på hans bakgård och bestämde sig för att studera dess potential som en källa för kolfibrer.

"Jag var nyfiken på strukturen så jag skar upp den och fann att den har mycket intressanta egenskaper, " sa han. "Det är väldigt gummiaktigt och ändå väldigt tufft på samma gång. Mest intressant, när jag skär upp den har den en väldigt fibrös nätverksstruktur."

Jämförelser med andra svampar visade att Tyromyces fissilis var särskilt rikligt med fibrer. Fibrerna bearbetas under höga temperaturer i en kammare som innehåller argongas med en procedur som kallas pyrolys, ger rent kol i den ursprungliga formen av svampfibrerna.

Fibrerna har ett oordnat arrangemang och flätas ihop som spagettinudlar.

"De bildar ett ledande sammankopplat nätverk, sa Pol.

Det sammankopplade nätverket ger snabbare elektrontransport, vilket kan resultera i snabbare batteriladdning.

Elektronmikroskopistudier utfördes vid Birck Nanotechnology Center i Purdues Discovery Park.