ジョージワシントンカーバー自身のen望の的となる科学的ブレークスルーで、科学者たちはこれまでで最も巧妙なピーナッツの使用法を思いついたかもしれません。 しかし、これらはカーバーが食品、染料、化粧品に作り上げた人気のマメ科植物ではありません。彼らはピーナッツを詰めています。 パデュー大学の化学技術者チームは、現在、市場で競争力のあるバッテリーよりも優れた充電式バッテリーのコンポーネントであるカーボンアノードの製造に、パッキングピーナッツを再利用する魅力的な方法を開発しました。
ピーナッツを詰めることは、ごくわずかな重量でかさばる荷物を安全に到着させるのに非常に役立つことが証明されています。 しかし、彼らは処分する悪魔です。 それらは非常に多くのスペースを占有し、輸送に費用がかかるため、多くの道路脇のリサイクルサービスはピーナッツを受け入れなくなりました。 その結果、パッキングピーナッツのごく一部のみが適切にリサイクルされます。
残りの大部分は埋立地に捨てられ、重大な環境上の脅威をもたらす可能性があります。 分解するために複数の世代を取ることに加えて、ポリスチレン（発泡スチロールが一般的なブランドです）ベースのピーナッツは、発がん性があると考えられている化学物質を含んでいます。 これらの有害な環境への影響に対する批判に応えて、製造業者は無毒のデンプンベースの生分解性ピーナッツを導入しました。 しかし、Purdueの研究者は、この「グリーン」な代替品には、これらのピーナッツを「膨らませ」るために使用される潜在的に危険な化学物質も含まれている可能性があると主張しています。
Purdue's School of Chemical Engineeringの准教授であり、この研究の筆頭著者であるVilas Pol氏は、このプロジェクトに対する彼のインスピレーションは、彼の新しい実験用電池研究室の材料を注文しているときに来たと言います。 「私たちは多くの箱にすべてのピーナッツを詰め込んだ多くの機器と化学物質を手に入れていましたが、ある時点で、これらすべてのピーナッツが無駄になっていることに気付きました」とポルは言います。 「私たちは社会と環境に良いことをしたかったのです。」
リチウムイオン電池は、主にリチウムベースの物質で作られた正極（カソード）、炭素で作られた負極（アノード）、それらを分離する高分子膜、および膜を通して電荷を運ぶことができる電解液物質で構成されています。 バッテリーが充電されると、正のリチウムイオンが正のカソードから負のアノードに移動し、カーボンに蓄積されます。 逆に、バッテリーが使用中の場合、リチウムイオンは反対方向に流れ、電気を生成します。
最初の分析で、ピーナッツの主な成分は炭素、水素、酸素であることが明らかになった後、チームは炭素を利用してリチウムイオン電池のアノードを作成できるプロセスを開発しようとしました。 特定の条件下でピーナッツを加熱することにより、チームは炭素を分離することができ、環境に有害な副産物を生成しないように、水蒸気の形成を通じて酸素と水素を廃棄するように特別な注意を払っていました。 その後、チームは残りのカーボンに追加の熱を加えて、バッテリーのアノードとして機能できる非常に薄いシートに成形しました。
驚くべきことに、新しい「アップサイクル」バッテリーは科学者の予想を大きく上回りました。全体の充電量を約15％増やし、他の同等のリチウムイオンバッテリーよりも速く充電します。 チーム独自の製造プロセスにより、カーボンの構造が意図せずに変更されて有利になったことがわかりました。 さらなる調査により、水が澱粉から放出されると、小さな細孔と空洞が生成され、リチウム電荷を保持できる表面積全体が増加することが明らかになりました。 Polと彼の同僚はまた、そのプロセスが炭素原子間の間隔を広げ、リチウムイオンが各炭素原子により効率的にアクセスできるようにすることで、より速い充電を促進することを発見しました。 「リチウムが移動するための大きな扉があるようです」とポルは言います。 「そして、この大きな空間はリチウムがより速く動くように動機付けます。」
埋め立て地を混雑させるピーナッツを再利用することの固有のプラスの環境影響に加えて、ピーナッツからの純粋な炭素の分離は最小限のエネルギー（華氏1100度のみ）を必要とします。 対照的に、バッテリーのアノードに使用される従来の炭素を生成するのに必要な温度は華氏3, 600度から4, 500度で、数日かかります、とPolは述べています。
研究者は、今後2年間で市場に投入することを期待して、新しい技術の特許を申請し、炭素のその他の用途も調査する予定です。 「これは非常にスケーラブルなプロセスです」とPol氏は言います。 そして、「これらのバッテリーはアプリケーションの1つにすぎません。 カーボンはどこにでもあります。
