Iedereen die ooit van verse krabbenpoten of kreeftenstaarten heeft genoten, kan beamen hoe moeilijk het is om door hun taaie schelpen heen te komen. Maar in plaats van ze gewoon weg te gooien, ‘upcyclen’ onderzoekers deze schelpen tot poreuze, met koolstof gevulde materialen met een breed scala aan toepassingen. Nu heeft een team dat rapporteert in ACS Omega deze “krabkoolstof” gebruikt om anodematerialen te maken voor natrium-ionbatterijen – een opkomende concurrent van lithium-ionchemie.
Lithium-ionbatterijen zijn de afgelopen jaren alomtegenwoordig en voeden telefoons, auto’s en zelfs tandenborstels. Maar omdat de hoeveelheid lithium in de wereld beperkt is, hebben sommige onderzoekers hun aandacht gericht op zijn “chemische neven”. Eerder creëerden onderzoekers een biologisch afbreekbare zinkionbatterij met behulp van de chitine in krabbenschalen. Maar dit afval kan ook worden omgezet in “harde koolstof”, een materiaal dat is onderzocht als een mogelijke anode voor natrium-ionbatterijen. Hoewel ze chemisch vergelijkbaar zijn met lithium, zijn natriumionen groter en dus onverenigbaar met de anode van een lithium-ionbatterij, die meestal van grafiet is gemaakt. Wanneer harde koolstof wordt gecombineerd met metalen halfgeleidermaterialen, zoals de overgangs metaaldichalcogeniden (TMD’s), kan het materiaal een haalbare batterijanode worden. Yun Chen, Yue Zhao, Hongbin Liu en Tingli Ma wilden onderzoeken hoe twee verschillende TMD’s – tinsulfide en ijzersulfide – konden worden gecombineerd met harde koolstof gemaakt van krabbenschalen om een levensvatbare anode voor natriumionbatterijen te maken.
Om hun “krabkoolstof” te maken, verwarmden de onderzoekers krabschalen tot temperaturen van meer dan 1000 F. Vervolgens voegden ze de koolstof toe aan een oplossing van tinsulfide (SnS2) of ijzersulfide (FeS2) en droogden ze om anodes te vormen. De poreuze, vezelachtige structuur van de krabkool zorgde voor een groot oppervlak, wat de geleidbaarheid van het materiaal en het vermogen om ionen efficiënt te transporteren verbeterde. Bij het testen in een modelbatterij ontdekte het team dat beide composieten goede capaciteiten hadden en minstens 200 cycli konden meegaan. De onderzoekers zeggen dat dit werk een weg kan bieden om ander afval te upcyclen en duurzamere batterijtechnologieën te helpen ontwikkelen.
De auteurs erkennen financiering van het “Nanotechnology Platform Program” van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie (MEXT), Japan; de National Natural Science Foundation van China; het Taishan Scholars Program van de provincie Shandong; en het Academisch Promotieprogramma van de Shandong First Medical University.
Vertaling: Andre Teirlinck