В научен пробив, който би завидял на самия Джордж Вашингтон Карвър, учените може би са дошли с най-гениалната употреба на фъстъка досега. Но това не са популярните бобови растения, които Карвър изработва в храни, багрила и козметика - те опаковат фъстъци. Екип от химически инженери от Университета Пърдю разработи увлекателен начин за повторно използване на опаковане на фъстъци за производството на въглеродни аноди, компонент от акумулаторни батерии, които превъзхождат конкурентните батерии на пазара.
Опаковането на фъстъци се оказа невероятно полезно за гарантиране на безопасното пристигане на обемисти колети с незначително добавено тегло. Те обаче са дявол, с които да се разпореждат. Тъй като те заемат толкова много място и са скъпи за транспортиране, много услуги за рециклиране на бордюри вече не приемат фъстъци. В резултат на това само част от опаковъчните фъстъци се рециклират правилно.
Останалото мнозинство се изхвърля на сметищата, където те могат да представляват значителна опасност за околната среда. В допълнение към отнемането на няколко поколения за разграждане, фъстъците на базата на полистирол (стиропор е общата марка) съдържат химикали, за които се смята, че са канцерогенни. В отговор на критиките за тези вредни въздействия върху околната среда, производителите въведоха биоразградими фъстъци на основата на нишесте. И все пак, изследователите от Пърдю твърдят, че тази „зелена“ алтернатива може също да съдържа потенциално опасни химикали, които се използват за „надуване“ на тези фъстъци.
Вилас Пол, доцент в Химическото инженерно училище в Пърдю и водещ автор на изследването, казва, че вдъхновението му за проекта е дошло, докато поръчва материали за новата си експериментална лаборатория за изследване на батерии. „Получавахме много оборудване и химикали, съдържащи се в много кутии, пълни с опаковки фъстъци, и в един момент разбрах, че всички тези фъстъци ще се разхищават“, казва Пол. „Искахме да направим нещо, което е добро за обществото и околната среда.“
Литиево-йонните батерии се състоят предимно от положителен електрод (катод), направен от литиево-базирана субстанция, отрицателен електрод (анод), направен от въглерод, полимерна мембрана, която ги разделя, и вещество от електролитна течност, което може да носи зареждане през мембраната. Когато батерията се зарежда, положителните литиеви йони преминават от положителния катод към отрицателния анод и се съхраняват на въглерода. Обратно, когато батерията се използва, литиевите йони текат в обратна посока, генерирайки електричество.
След първоначален анализ разкри, че основните компоненти на опаковането на фъстъци са въглерод, водород и кислород, екипът се стреми да разработи процес, който може да използва въглерода за създаване на анод за литиево-йонна батерия. Загрявайки фъстъците при специфични условия, екипът успя да изолира въглерода, като внимава специално за изхвърлянето на кислорода и водорода чрез образуване на водна пара, за да не създаде страничен продукт, който е опасен за околната среда. След това екипът приложи допълнителна топлина към останалия въглерод, формирайки го в много тънки листове, способни да служат като анод за тяхната батерия.
Изненадващо, новата "уплътнена" батерия значително надхвърли очакванията на учените - запазвайки по-общ заряд с около 15 процента и зарежда по-бързо от други сравними литиево-йонни батерии. Оказва се, че уникалният производствен процес на екипа по невнимание промени структурата на въглерода в своя полза. По-нататъшното разследване разкри, че когато водата се отделя от нишестето, тя създава малки пори и кухини - увеличавайки общата повърхност, способна да задържа литиевия заряд. Пол и неговите колеги също откриват, че техният процес увеличава разстоянието между въглеродните атоми - улеснява по-бързото зареждане, като позволява на литиевите йони по-ефективен достъп до всеки въглероден атом. „Сякаш имате по-голяма врата за преминаване на литий“, казва Пол. „И това по-голямо пространство мотивира лития да се движи по-бързо.“
В допълнение към присъщото положително въздействие върху околната среда от повторната употреба на фъстъци, които иначе биха препълнили сметищата, изолацията на чист въглерод от фъстъците изисква минимална енергия (само 1100 градуса по Фаренхайт). За разлика от тях, температурата, необходима за производството на конвенционален въглерод, използван за анодите на батерията, е между 3 600 градуса и 4500 градуса по Фаренхайт и отнема няколко дни, посочва Пол.
Изследователите са кандидатствали за патент за своята нова технология с надеждата да я пуснат на пазара през следващите две години и планират да проучат и други употреби на въглерода. „Това е много мащабируем процес“, казва Пол. И „тези батерии са само едно от приложенията. Въглеродът е навсякъде.
