Μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία κατασκευασμένη από κελύφη καβουριών και ψευδάργυρο θα μπορούσε να αποθηκεύει αιολική και ηλιακή ενέργεια και στη συνέχεια τα μέρη της θα μπορούν είτε να βιοδιασπώνται με ασφάλεια μέσα σε λίγα χρόνια είτε να ανακυκλώνονται.
Το κλειδί είναι η χιτοζάνη, μια ένωση που προέρχεται από τη χιτίνη, μια ουσία που βρίσκεται στα κελύφη καβουριών και γαρίδων. Η μπαταρία θα μπορούσε να παρέχει εντυπωσιακή αποθήκευση ενέργειας και να επαναφορτίζεται τουλάχιστον 1000 φορές, λέει ο Liangbing Hu του Πανεπιστημίου του Maryland.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι το σημερινό πρότυπο, αλλά η παραγωγή τους απαιτεί εξόρυξη λιθίου, η οποία μπορεί να βλάψει το περιβάλλον, και υπάρχουν περιορισμένα αποθέματα του μετάλλου.
Οι μπαταρίες που βασίζονται σε ιόντα ψευδαργύρου είναι μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση επειδή ο ψευδάργυρος είναι τόσο άφθονος στη φύση, λέει ο Hu. Ωστόσο, οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου συνήθως δεν μπορούν να φορτιστούν πολλές φορές και έχουν κακή απόδοση επειδή το νερό στο εσωτερικό της μπαταρίας - το οποίο είναι απαραίτητο ως αγωγός για τα ιόντα - διαβρώνει τον ψευδάργυρο και σχηματίζει εναποθέσεις στην άνοδο που παρεμβαίνουν στη λειτουργία της μπαταρίας.
Ο Hu αποφάσισε να διερευνήσει τη χιτοζάνη επειδή τα μόριά της συνδέονται καλά με το νερό, πράγμα που σημαίνει ότι λιγότερα μόρια νερού θα πρέπει να είναι διαθέσιμα για να αντιδράσουν με τον ψευδάργυρο, γεγονός που θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόληψη της διάβρωσης του ψευδαργύρου.
Βιοδιασπώμενη και ευρέως διαθέσιμη στη φύση σε όλο τον κόσμο, η χιτοζάνη είναι ασφαλής και φθηνή, λέει ο Hu. Μια μεμβράνη μπαταρίας σε μέγεθος ενός νομίσματος πλάτους 2 εκατοστών που διαχωρίζει την άνοδο από την κάθοδο θα απαιτούσε μόνο 20 μικρογραμμάρια εμπορικά διαθέσιμης σκόνης χιτοζάνης, η οποία θα κόστιζε περίπου 0,00017 σεντς ΗΠΑ.
Ο Hu και οι συνεργάτες του δημιούργησαν μια εύκαμπτη, διαφανή μεμβράνη που περιείχε χιτοζάνη και ιόντα ψευδαργύρου, συμπιέζοντάς την μέχρι να γίνει επίπεδη και πυκνή. Στη συνέχεια την τοποθέτησαν πάνω από την άνοδο ψευδαργύρου. Η κάθοδος ήταν κατασκευασμένη από μια οργανική ένωση γνωστή ως poly(benzoquinonyl sulfide) ή PBQS.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι η μεμβράνη επέτρεπε υψηλή, γρήγορη αγωγιμότητα ιόντων ψευδαργύρου χωρίς την τυπική διάβρωση του ψευδαργύρου στο νερό. Αντίθετα, τα σωματίδια του ψευδαργύρου μετατράπηκαν σε μικροσκοπικά εξαγωνικά πλακίδια που συσσωρεύτηκαν σε επίπεδα στρώματα κατά μήκος της πλευράς της ανόδου της δοκιμαστικής μπαταρίας - συνεχίζοντας να βοηθούν στη μείωση των ανεπιθύμητων αντιδράσεων με τον ψευδάργυρο.
Όσον αφορά τις επιδόσεις και τη διάρκεια ζωής, το πρωτότυπο λειτούργησε με υψηλή πυκνότητα ρεύματος 50 χιλιοστοαμπέρ ανά τετραγωνικό εκατοστό για 400 ώρες - ή 1000 κύκλους φόρτισης, κάτι που είναι συγκρίσιμο με τις μικρές μπαταρίες λιθίου.
"Δεν είναι εύκολο πράγμα για τις μπαταρίες να λειτουργούν σε υψηλή πυκνότητα ρεύματος", λέει ο Hu.
Μέσα σε μια κλειστή μπαταρία, η χιτοζάνη θα αποικοδομείται σταδιακά σε μια περίοδο αρκετών ετών και ο εναπομείνας ψευδάργυρος θα μπορούσε να ανακυκλωθεί, λέει.
