Egy tudományos áttörés során, amelyet maga George Washington Carver irigylelhetne, a tudósok talán a földimogyoró legeredményesebb felhasználásával jöttek létre. De nem ezek a népszerű hüvelyesek, amelyeket Carver ételekké, színezékekké és kozmetikumokká alakított - földimogyorót csomagolnak. A Purdue Egyetem vegyészmérnökeinek csoportja lenyűgöző módon fejlesztette ki a földimogyoró újrahasználatát szénanódok előállításához. Ez az újratölthető elem egy olyan elem, amely felülmúlja a piacon lévő versenyképes akkumulátorokat.
A földimogyoró-csomagolás hihetetlenül hasznosnak bizonyult az elhanyagolható tömegű, nagy mennyiségű csomagok biztonságos érkezésének biztosításában. De ördögök, hogy megsemmisítsék őket. Mivel sok ilyen helyet foglalnak el és költségesek a szállításukhoz, sok utcai újrahasznosítási szolgáltatás már nem fogadja el a földimogyorót. Ennek eredményeként a csomagoló földimogyorónak csak egy töredéke kerül újrahasznosításra.
A fennmaradó többséget hulladéklerakókba helyezik, ahol jelentős környezeti veszélyt jelenthetnek. A polisztirol (a szokásos márkanév a közös márka) bázisú földimogyoró azon túl, hogy több generációt vesz igénybe a bomlásban, olyan vegyszereket tartalmaz, amelyekről feltételezhetően rákkeltő hatásúak. A káros környezeti hatások kritikájára a gyártók nem mérgező keményítőalapú, biológiailag lebontható földimogyorót vezettek be. A purdue-i kutatók azonban azt állítják, hogy ez a „zöld” alternatíva potenciálisan veszélyes vegyszereket is tartalmazhat, amelyeket ezeknek a földimogyoróknak „felfújására” használnak.
Vilas Pol, a Purdue Vegyészmérnöki Iskolájának docens és a tanulmány vezető szerzője szerint a projekt inspirációja az új kísérleti akkumulátor kutató laboratóriumának anyagának megrendelésekor származik. "Sok berendezést és vegyi anyagot kaptunk sok dobozban, amelyek tele voltak csomagoló földimogyoróval, és egy pillanatra rájöttem, hogy ezek a földimogyorók pazarolnak" - mondja Pol. "Valamit tenni akartunk, ami jót tesz a társadalomnak és a környezetnek."
A lítium-ion akkumulátorok elsősorban egy lítium-alapú anyagból készült pozitív elektródból (katódból), egy szénből előállított negatív elektródból (anódból), az elválasztó polimer membránból és egy elektrolit folyadék anyagból állnak, amely a membránon keresztül képes töltést végezni. Az akkumulátor töltésekor a pozitív lítium-ionok a pozitív katódról a negatív anódra mozognak, és a szénen tárolódnak. Ezzel szemben, amikor az akkumulátort használják, a lítium-ionok ellentétes irányban áramolnak, villamos energiát termelve.
Egy kezdeti elemzés után kiderült, hogy a csomagoló földimogyoró elsődleges alkotóelemei a szén, a hidrogén és az oxigén, és a csoport olyan eljárás kidolgozására törekedett, amely felhasználhatja a szénből egy anódot egy lítium-ion akkumulátor számára. A földimogyoró meghatározott körülmények között történő hevítésével a csapat képes volt a szén elkülönítésére, különös figyelmet fordítva arra, hogy az oxigén és a hidrogén vízgőz képződés útján ártalmatlanítsa, hogy ne keletkezzen a környezetre veszélyes melléktermék. A csapat ezután további hőt adott a megmaradó szénnek, nagyon vékony lemezekké formázva, amelyek anódként szolgálhatnak az akkumulátoruk számára.
Meglepő módon az új „újrahasznosított” akkumulátor nagymértékben meghaladta a tudósok elvárásait - kb. 15% -kal nagyobb teljes töltöttséget tárol, és gyorsabban tölt fel, mint más hasonló lítium-ion akkumulátorok. Kiderült, hogy a csapat egyedi gyártási folyamata véletlenül megváltoztatta a szén szerkezetét. A további vizsgálatok azt mutatták, hogy amikor a víz felszabadult a keményítőből, kis pórusok és üregek képződtek - megnöveli az összfelületet, amely képes a lítium-töltés megtartására. Pol és munkatársai azt is felfedezték, hogy folyamataik megnövelték a szénatomok közötti távolságot - megkönnyítve a gyorsabb töltést azáltal, hogy a lítium-ionok hatékonyabb hozzáférést biztosítanak az egyes szénatomokhoz. "Olyan, mintha nagyobb ajtód lenne a lítium számára, hogy áthaladjon" - mondja Pol. "És ez a nagyobb hely motiválja a lítiumot a gyorsabb mozgásra."
A földimogyoró újrahasználatának természetesen pozitív környezeti hatásai mellett, amelyek egyébként megsemmisítik a hulladéklerakókat, a tiszta szénnek a földimogyoróból történő izolálása minimális energiát igényel (mindössze 1100 Fahrenheit fok). Ezzel szemben az akkumulátor anódokhoz használt szén előállításához szükséges hőmérséklet 3600 fok és 4500 fok között van, és több napot igényel, állítja Pol.
A kutatók szabadalom iránti kérelmet nyújtottak be új technológiájukhoz annak reményében, hogy azt a következő két évben forgalomba hozzák, és a szén egyéb felhasználásainak vizsgálatát is tervezik. "Ez egy nagyon méretezhető folyamat" - mondja Pol. És „ezek az elemek csak az egyik alkalmazás. A szén mindenhol megtalálható.
