Ve vědeckém průlomu, který by byl závistí samotného George Washingtona Carvera, vědci možná přišli s nejnaléhavějším využitím arašídů. Nejedná se však o oblíbenou luštěninu, kterou Carver vyráběl v potravinách, barvách a kosmetice - balí arašídy. Tým chemických inženýrů na Purdue University nyní vyvinul fascinující způsob opětného použití arašídů pro výrobu uhlíkových anod, což je součást dobíjecích baterií, které překonávají konkurenční baterie na trhu.
Ukázalo se, že balení arašídů je nesmírně užitečné při zajišťování bezpečného příjezdu objemných pozemků se zanedbatelnou přidanou hmotností. Jsou však ďábelem. Protože zabírají tolik místa a jsou drahé na přepravu, mnoho recyklačních služeb v terénu již nepřijímá arašídy. Výsledkem je, že pouze část balení arašídů je řádně recyklována.
Zbývající většina se dostane na skládky, kde může představovat významnou environmentální hrozbu. Kromě rozkládání více generací obsahují arašídy na bázi polystyrenu (polystyrenu, který je běžnou značkou) chemikálie, které jsou považovány za karcinogenní. V reakci na kritiku těchto škodlivých účinků na životní prostředí uvedli výrobci neaxické arašídy na bázi škrobu na bázi škrobu. Přesto vědci v Purdue tvrdí, že tato „zelená“ alternativa může také obsahovat potenciálně nebezpečné chemikálie, které se používají k „nafouknutí“ těchto arašídů.
Vilas Pol, docent na Purdue School of Chemical Engineering a vedoucí autor studie, říká, že jeho inspirace pro projekt přišel při objednávání materiálů pro jeho novou experimentální laboratoř pro výzkum baterií. "Získali jsme spoustu vybavení a chemikálií obsažených v mnoha krabicích, které byly plné balících arašídů, a v určitém okamžiku jsem si uvědomil, že všechny tyto arašídy budou plýtvat, " říká Pol. "Chtěli jsme udělat něco, co je dobré pro společnost a životní prostředí."
Lithium-iontové baterie sestávají především z pozitivní elektrody (katody) vyrobené z lithiové látky, záporné elektrody (anody) vyrobené z uhlíku, z polymerní membrány, která je odděluje, a z elektrolytické tekuté látky, která může přenášet náboj přes membránu. Když se baterie nabíjí, pozitivní lithiové ionty se přesunou z kladné katody do záporné anody a jsou uloženy na uhlíku. Naopak, když se baterie používá, lithiové ionty protékají opačným směrem a vytvářejí elektřinu.
Poté, co počáteční analýza odhalila, že primárními složkami arašídů jsou uhlík, vodík a kyslík, tým se snažil vyvinout proces, který by mohl využít uhlík k vytvoření anody pro lithium-iontovou baterii. Zahříváním arašídů za specifických podmínek byl tým schopen izolovat uhlík, přičemž zvláštní pozornost byla věnována likvidaci kyslíku a vodíku vytvářením vodní páry, aby nedošlo k vytvoření vedlejšího produktu, který by byl nebezpečný pro životní prostředí. Tým poté aplikoval další teplo na zbývající uhlík a formoval ho do velmi tenkých plechů schopných sloužit jako anoda pro jejich baterii.
Nová „vylepšená“ baterie překvapivě výrazně předčila očekávání vědců - ukládala více celkového náboje, asi o 15 procent, a nabíjení rychleji než jiné srovnatelné lithium-iontové baterie. Ukazuje se, že jedinečný výrobní proces týmu neúmyslně změnil strukturu uhlíku ve svůj prospěch. Další zkoumání odhalilo, že když se voda uvolnila ze škrobu, vytvořila malé póry a dutiny - čímž se zvýšila celková plocha povrchu schopná udržet lithiovou nálož. Pol a jeho kolegové také zjistili, že jejich proces zvýšil mezery mezi atomy uhlíku - usnadnil rychlejší náboj tím, že umožnil lithiovým iontům účinnější přístup ke každému atomu uhlíku. "Je to, jako byste měli větší dveře pro lithium, přes které cestujete, " říká Pol. "A tento větší prostor motivuje lithium k rychlejšímu pohybu."
Kromě přirozeného pozitivního dopadu na životní prostředí opětovného použití arašídů, které by jinak davily na skládky, vyžaduje izolace čistého uhlíku od arašídů minimální energii (pouze 1100 stupňů Fahrenheita). Naproti tomu teplota potřebná k výrobě konvenčního uhlíku používaného pro anody baterií je mezi 3 600 až 4 500 stupňů Fahrenheita a trvá několik dní, uvádí Pol.
Vědci požádali o patent na svou novou technologii v naději, že ji v příštích dvou letech uvedou na trh, a plánují prozkoumat i jiná využití uhlíku. "Je to velmi škálovatelný proces, " říká Pol. A „tyto baterie jsou pouze jednou z aplikací. Uhlík je všude.
