Tieteellisessä läpimurtossa, joka olisi George Washington Carverin itse kateutta, tiedemiehet ovat ehkä keksineet maapähkinän nerokkaimman käytön vielä. Mutta nämä eivät ole suosittuja palkokasveja, joista Carver muokkasi ruokaa, väriaineita ja kosmetiikkaa - he pakkavat maapähkinöitä. Purduen yliopiston kemian insinöörien ryhmä on nyt kehittänyt kiehtovan tavan maapähkinöiden pakkaamiseen uudelleen hiilianodien valmistukseen. Tämä on ladattavien akkujen komponentti, joka ylittää markkinoilla kilpailukykyiset akut.
Maapähkinöiden pakkaaminen on osoittautunut uskomattoman hyödylliseksi takaamaan isojen pakettien turvallisen saapumisen, jolla on merkityksetön lisäpaino. Ne ovat kuitenkin paholainen hävitettäväksi. Koska ne vievät niin paljon tilaa ja ovat kalliita kuljettaa, monet tienlaidalla sijaitsevat kierrätyspalvelut eivät enää hyväksy maapähkinöitä. Seurauksena on, että vain murto-osa pakkausmaapähkinöistä kierrätetään kunnolla.
Jäljelle jäävä enemmistö kaadetaan kaatopaikoille, joissa ne voivat aiheuttaa merkittävän ympäristöuhan. Sen lisäksi, että polystyreeniin (tavallinen tuotemerkki on vaahtomuovi) perustuvat maapähkinät sisältävät useita sukupolvia hajoamista, se sisältää kemikaaleja, joiden uskotaan olevan syöpää aiheuttavia. Vastauksena kritiikkiin näistä haitallisista ympäristövaikutuksista valmistajat esittelivät myrkyttömiä tärkkelyspohjaisia, biohajoavia maapähkinöitä. Silti Purduen tutkijat väittävät, että tämä "vihreä" vaihtoehto voi sisältää myös mahdollisesti vaarallisia kemikaaleja, joita käytetään näiden maapähkinöiden "paisuttamiseen".
Purduen kemian tekniikan korkeakoulun apulaisprofessori ja tutkimuksen pääkirjailija Vilas Pol sanoo, että projekti sai inspiraatiota tilaamalla materiaaleja uudelle kokeelliselle akkututkimuslaboratoriolleen. "Saimme paljon laitteita ja kemikaaleja, jotka sisältyivät moniin laatikoihin, kaikki täynnä maapähkinöitä, ja jossain vaiheessa tajusin, että kaikki nämä maapähkinät menivät tuhlaamaan", Pol sanoo. "Halusimme tehdä jotain, joka on hyväksi yhteiskunnalle ja ympäristölle."
Litium-ioni-akut koostuvat pääasiassa positiivisesta elektrodista (katodi), joka on valmistettu litiumpohjaisesta aineesta, negatiivisesta elektrodista (anodista), joka on valmistettu hiilestä, niitä erottavasta polymeerikalvosta ja elektrolyyttinesteaineesta, joka voi kuljettaa varausta kalvon läpi. Kun akku latautuu, positiiviset litiumionit siirtyvät positiivisesta katodista negatiiviseen anodiin ja varastoidaan hiilelle. Käänteisesti, kun akku on käytössä, litiumionit virtaavat vastakkaiseen suuntaan tuottaen sähköä.
Kun alustava analyysi paljasti, että maapähkinöiden pakkauksen pääkomponentit ovat hiili, vety ja happi, ryhmä pyrki kehittämään prosessia, jolla hiiltä voitaisiin hyödyntää anodin luomiseksi litiumioniakkua varten. Kuumentamalla maapähkinöitä tietyissä olosuhteissa, joukkue pystyi eristämään hiilen erityisen huolellisesti hapen ja vedyn hävittämiseksi vesihöyryn muodostumisen kautta, jotta ei muodostuisi ympäristölle vaarallista sivutuotetta. Tämän jälkeen joukkue lisäsi lämpöä jäljellä olevaan hiileen, muovaamalla siitä erittäin ohuita arkkeja, jotka pystyvät toimimaan akun anodina.
Yllättäen uusi ”kierrätetty” akku ylitti huomattavasti tutkijoiden odotukset - varastoi enemmän kokonaislatausta, noin 15 prosenttia, ja lataa nopeammin kuin muut vastaavat litium-ioni-akut. Osoittautuu, että joukkueen ainutlaatuinen valmistusprosessi muutti vahingossa hiilen rakennetta heidän edukseen. Jatkotutkimukset paljastivat, että kun vettä vapautettiin tärkkelyksestä, se tuotti pieniä huokosia ja onteloita - kasvatti kokonaispinta-alaa, joka pystyy pitämään litiumvarauksen. Pol ja hänen kollegansa havaitsivat myös, että heidän prosessi lisäsi hiiliatomien välistä etäisyyttä - helpottaen nopeampaa varautumista antamalla litiumioneille tehokkaamman pääsyn jokaiseen hiiliatomiin. "Se on kuin sinulla olisi suurempi ovi litiumin läpi kulkemiseen", Pol sanoo. "Ja tämä suurempi tila motivoi litiumia liikkumaan nopeammin."
Maapähkinöiden uudelleenkäytön luontaisten positiivisten ympäristövaikutusten lisäksi, jotka muuten syrjäyttäisivät kaatopaikkoja, puhtaan hiilen eristäminen maapähkinöistä vaatii vähän energiaa (vain 1100 astetta Fahrenheit). Sen sijaan akkuanodeihin käytettävän tavanomaisen hiilen tuottamiseksi vaadittava lämpötila on välillä 3 600 astetta - 4500 astetta Fahrenheit ja kestää useita päiviä, toteaa Pol.
Tutkijat ovat hakeneet patenttia uutta tekniikkaansa varten toivoessaan sen markkinoille saattamista seuraavien kahden vuoden aikana, ja suunnittelevat tutkittavan myös muita hiilen käyttötapoja. "Tämä on erittäin skaalautuva prosessi", Pol sanoo. Ja “nämä paristot ovat vain yksi sovelluksista. Hiiltä on kaikkialla.
