Algas marinas, las algas comestibles con una larga historia en algunas cocinas asiáticas, y que también se ha convertido en parte de la cultura gastronómica occidental, podría convertirse en un ingrediente esencial de otra tendencia:el desarrollo de formas más sostenibles de alimentar nuestros dispositivos. Los investigadores han creado un material derivado de algas marinas para ayudar a mejorar el rendimiento de los superconductores, baterías de iones de litio y pilas de combustible.

El equipo presentará el trabajo hoy en la 253ª Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society (ACS).

"Los materiales a base de carbono son los materiales más versátiles utilizados en el campo del almacenamiento y conversión de energía, "Dongjiang Yang, Doctor., dice. "Queríamos producir materiales a base de carbono a través de una vía realmente 'verde'. Dada la renovabilidad de las algas, Elegimos el extracto de algas como precursor y plantilla para sintetizar materiales de carbono porosos jerárquicos ". Explica que el proyecto abre una nueva forma de utilizar materiales abundantes en la tierra para desarrollar futuros de alto rendimiento, nanomateriales de carbono multifuncionales para almacenamiento de energía y catálisis a gran escala.

Materiales de carbono tradicionales, como el grafito, han sido fundamentales para crear el panorama energético actual. Pero para dar el salto a la próxima generación de baterías de iones de litio y otros dispositivos de almacenamiento, se necesita un material aún mejor, preferiblemente uno que se pueda obtener de forma sostenible, Yang dice.

Con estos factores en mente, Yang, que se encuentra actualmente en la Universidad de Qingdao (China), se volvió hacia el océano. Las algas son un alga abundante que crece fácilmente en agua salada. Mientras Yang estaba en la Universidad Griffith en Australia, trabajó con colegas de la Universidad de Qingdao y del Laboratorio Nacional de Los Alamos en los EE. UU. para fabricar nanofibras de carbono porosas a partir de extracto de algas. Quelante o vinculante, iones metálicos como el cobalto a las moléculas de alginato dieron como resultado nanofibras con una estructura de "caja de huevos", con unidades de alginato que envuelven los iones metálicos. Esta arquitectura es clave para la estabilidad del material y la síntesis controlable, Yang dice.

Las pruebas mostraron que el material derivado de algas marinas tenía una gran capacidad reversible de 625 miliamperios hora por gramo (mAhg-1), que es considerablemente más que la capacidad de 372 mAhg-1 de los ánodos de grafito tradicionales para baterías de iones de litio. Esto podría ayudar a duplicar la autonomía de los coches eléctricos si el material del cátodo es de la misma calidad. Las fibras de la caja de huevos también funcionaron tan bien como los catalizadores comerciales a base de platino utilizados en tecnologías de pilas de combustible y con una estabilidad a largo plazo mucho mejor. También mostraron alta capacitancia como material superconductor a 197 Faradios por gramo, que podría aplicarse en baterías de zinc-aire y supercondensadores. Los investigadores publicaron sus resultados iniciales en Ciencia Central ACS en 2015 y desde entonces hemos desarrollado aún más los materiales.

Por ejemplo, construyendo sobre la misma estructura de caja de huevos, los investigadores dicen que han suprimido los defectos en las algas marinas, Cátodos de batería de iones de litio que pueden bloquear el movimiento de los iones de litio y obstaculizar el rendimiento de la batería. Y recientemente han desarrollado un enfoque que utiliza carragenina y hierro derivados de algas rojas para hacer un aerogel de carbono dopado con azufre poroso con un área de superficie ultra alta. La estructura podría ser un buen candidato para su uso en baterías y supercondensadores de litio-azufre.

Se necesita más trabajo para comercializar los materiales a base de algas, sin embargo. Yang dice que actualmente más de 20, Se pueden extraer 000 toneladas de precursor de alginato de algas por año para uso industrial. Pero se necesitará mucho más para aumentar la producción.