Из корня растения создан экологически чистый литий-ионный аккумулятор

Исследователи из Университета Райса добились значительного прорыва в сфере разработки систем хранения энергии. Они создали экологически чистую альтернативу продуктам переработки металлической руды, которые в настоящее время применяются в качестве электродов в литий-ионных батареях. В новых нетоксичных аккумуляторах используется пурпурин – органическое красящее вещество (красный / желтый), извлекаемое из корней марены. Это вещество более 3500 лет активно использовалось людьми для окраски тканей.

В настоящее время при создании катодов литий-ионных батарей наиболее часто применяется оксид лития с кобальтом (кобальтит лития, LiCoO2). Тем не менее, добыча кобальта и объединение его с литием при высоких температурах для создания катода - дорогой и энергоемкий процесс. По словам ученых, за каждый киловатт-час энергии внутри литий-ионных батарей мы расплачиваемся попаданием 72 кг диоксида углерода в атмосферу. Парниковый газ выделяется при генерации электроэнергии и использовании углеводородного топлива для целей производства и переработки исходного материала. Последующая утилизация таких аккумуляторов также требует существенных денежных затрат.

Разработчики новой технологии отмечают, что пурпурин отлично сочетается с литием.

Специалисты из Университета Райса вместе со своими коллегами из Сити-колледжа при Городском университете Нью-Йорка и экспертами из Лаборатории военных исследований (подразделение Министерства обороны США) доказали, что пурпурин и другие красители на основе биологических материалов могут выступать в качестве более экологичной альтернативы кобальту или марганцу. При этом биоматериалы обладают большим потенциалом. Это связано с карбонильными и гидроксильными группами в молекулах, которые позволяют электронам двигаться в прямом или электроном направлении, как это делают традиционные электроды.

Разработчики новой технологии отмечают, что пурпурин отлично сочетается с литием. Изготовление электродов пурпурина возможно даже при комнатной температуре. Ученые создали довольно простой техпроцесс, который включает растворение пурпурина в спиртовом сольвенте и добавление в него соли лития. Изменение цвета раствора с красновато-желтого на розовый говорит о том, что ионы лития из соли образовали связи с молекулами пурпурина. Далее растворитель может быть удален. Электрод готов к работе.

Американцы утверждают, что пурпурин является менее сложным в использовании, чем другие органические молекулы, кандидатуры которых также рассматриваются для использования в аккумуляторных батареях. Кроме того, выращивание марены или других источников биомассы поможет удалить часть углекислого газа из атмосферы. Используя пурпурин с 20 процентной долей углерода для улучшения проводимости, исследовательская группа создала батарею с удельной емкостью 90 миллиампер-час на грамм. АКБ способна выдерживать 50 циклов заряда / разряда. Ученые уверены, что их "зеленый" литий-ионный аккумулятор поступит в продажу в ближайшие несколько лет.