Algas marinhas, as algas comestíveis com uma longa história em algumas cozinhas asiáticas, e que também se tornou parte da cultura gastronômica ocidental, pode vir a ser um ingrediente essencial em outra tendência:o desenvolvimento de formas mais sustentáveis ​​de alimentar nossos dispositivos. Os pesquisadores fizeram um material derivado de algas marinhas para ajudar a impulsionar o desempenho dos supercondutores, baterias de íon-lítio e células de combustível.

A equipe apresentará o trabalho hoje no 253º Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS).

"Os materiais à base de carbono são os materiais mais versáteis usados ​​no campo de armazenamento e conversão de energia, "Dongjiang Yang, Ph.D., diz. “Queríamos produzir materiais à base de carbono por meio de um caminho realmente 'verde'. Dada a renovabilidade das algas marinhas, escolhemos o extrato de algas marinhas como um precursor e modelo para sintetizar materiais de carbono porosos hierárquicos. "Ele explica que o projeto abre uma nova maneira de usar materiais abundantes em terra para desenvolver futuro alto desempenho, nanomateriais de carbono multifuncionais para armazenamento de energia e catálise em grande escala.

Materiais tradicionais de carbono, como grafite, têm sido essenciais para a criação do cenário energético atual. Mas, para dar o salto para a próxima geração de baterias de íon de lítio e outros dispositivos de armazenamento, um material ainda melhor é necessário, de preferência um que possa ser obtido de forma sustentável, Yang diz.

Com esses fatores em mente, Yang, que atualmente está na Qingdao University (China), virou-se para o oceano. A alga marinha é uma alga abundante que cresce facilmente em água salgada. Enquanto Yang estava na Griffith University na Austrália, ele trabalhou com colegas na Qingdao University e no Los Alamos National Laboratory nos EUA para fazer nanofibras de carbono porosas a partir do extrato de algas marinhas. Quelante, ou ligação, íons metálicos como cobalto para as moléculas de alginato resultaram em nanofibras com uma estrutura de "caixa de ovo", com unidades de alginato envolvendo os íons de metal. Esta arquitetura é a chave para a estabilidade do material e síntese controlável, Yang diz.

Os testes mostraram que o material derivado de algas marinhas tinha uma grande capacidade reversível de 625 miliamperes horas por grama (mAhg-1), que é consideravelmente mais do que a capacidade de 372 mAhg-1 dos ânodos de grafite tradicionais para baterias de íon-lítio. Isso pode ajudar a dobrar o alcance dos carros elétricos se o material do cátodo for de igual qualidade. As fibras da caixa de ovo também tiveram um desempenho tão bom quanto os catalisadores comerciais à base de platina usados ​​em tecnologias de células de combustível e com estabilidade muito melhor a longo prazo. Eles também mostraram alta capacitância como um material supercondutor de 197 Farads por grama, que pode ser aplicado em baterias de zinco-ar e supercapacitores. Os pesquisadores publicaram seus resultados iniciais em ACS Central Science em 2015 e desde então desenvolveram ainda mais os materiais.

Por exemplo, construindo na mesma estrutura de caixa de ovo, os pesquisadores dizem que suprimiram defeitos à base de algas, Catodos de bateria de íon de lítio que podem bloquear o movimento de íons de lítio e prejudicar o desempenho da bateria. E recentemente, eles desenvolveram uma abordagem usando carragenina derivada de algas vermelhas e ferro para fazer um aerogel de carbono dopado com enxofre poroso com uma área de superfície ultra-alta. A estrutura pode ser uma boa candidata para uso em baterias de lítio-enxofre e supercapacitores.

Mais trabalho é necessário para comercializar os materiais à base de algas, Contudo. Yang diz que atualmente mais de 20, 000 toneladas de precursor de alginato podem ser extraídas de algas marinhas por ano para uso industrial. Mas muito mais será necessário para aumentar a produção.