Teaduslikus läbimurdepunktis, mida kadestaks George Washington Carver ise, võisid teadlased maapähkli kõige leidlikuma kasutamise veel välja mõelda. Kuid need pole populaarsed kaunviljad, mida Carver moodustas toitudeks, värvaineteks ja kosmeetikatoodeteks - nad pakkivad maapähkleid. Purdue ülikooli keemiainseneride meeskond on nüüd välja töötanud põneva viisi maapähklite pakkimise taaskasutamiseks süsinikuanoodide tootmiseks - see on laetavate akude komponent, mis edestab turul konkureerivaid akusid.
Maapähklite pakkimine on osutunud uskumatult kasulikuks ebaolulise lisaraskusega mahukate pakkide ohutu saabumise tagamisel. Neid on siiski kurat käsutada. Kuna need võtavad nii palju ruumi ja nende transportimine on kallis, ei võta paljud äärekivi ümbertöötlemisteenused enam maapähkleid vastu. Selle tulemusel võetakse ainult osa pakkimisest maapähkleid korrektselt ringlusse.
Ülejäänud enamik heidetakse prügilatesse, kus need võivad kujutada endast olulist keskkonnaohtu. Lisaks sellele, et polüstüreenil (levinum kaubamärk on vahtpolüstürool) põhinevad maapähklid sisaldavad lagunemiseks mitu põlvkonda, sisaldavad need kemikaale, mis arvatakse olevat kantserogeensed. Vastusena nende kahjulike keskkonnamõjude kriitikale tutvustasid tootjad mittetoksilisi tärklisepõhiseid, biolagunevaid maapähkleid. Purdue teadlased väidavad siiski, et see roheline alternatiiv võib sisaldada ka potentsiaalselt ohtlikke kemikaale, mida kasutatakse nende maapähklite paisutamiseks.
Purdue keemiatehnoloogia kooli dotsent ja uuringu juhtiv autor Vilas Pol ütleb, et tema inspiratsioon projektist tekkis tema uue eksperimentaalse patareiuuringute labori jaoks materjalide tellimisel. "Saime palju seadmeid ja kemikaale, mis sisaldusid paljudes karpides, mis olid kõik pakitud maapähkleid täis, ja mõistsin mingil hetkel, et kõik need maapähklid lähevad raisku, " räägib Pol. "Tahtsime teha midagi ühiskonnale ja keskkonnale head."
Liitium-ioonakud koosnevad peamiselt positiivsest elektroodist (katoodist), mis on valmistatud liitiumipõhisest ainest, negatiivsest elektroodist (anoodist), mis on valmistatud süsinikust, neid eraldavast polümeermembraanist ja elektrolüütide vedelikust, mis suudab membraani kaudu laengut kanda. Kui aku laeb, liiguvad positiivsed liitiumioonid positiivsest katoodist negatiivse anoodini ja hoitakse süsinikul. Vastupidiselt, kui aku on kasutusel, voolavad liitiumioonid vastupidises suunas, tekitades elektrit.
Pärast esialgset analüüsi selgus, et maapähklite pakkimise peamised komponendid on süsinik, vesinik ja hapnik, ning meeskond püüdis välja töötada protsessi, mille abil süsinikku saaks kasutada liitiumioonaku jaoks anoodi loomiseks. Kuumutades maapähkleid eritingimustes, suutis meeskond isoleerida süsiniku, pöörates erilist tähelepanu hapniku ja vesiniku kõrvaldamisele veeauru moodustumise kaudu, et mitte tekitada keskkonnale ohtlikku kõrvalsaadust. Seejärel kasutas meeskond järelejäänud süsinikule täiendavat kuumust, vormides selle väga õhukesteks lehtedeks, mis olid nende aku jaoks anoodiks.
Üllataval kombel ületas uus “ümbertöödeldud” aku teadlaste ootused - hoiustades üldist laetust umbes 15 protsenti ja laadides kiiremini kui muud võrreldavad liitium-ioonakud. Selgub, et meeskonna ainulaadne tootmisprotsess muutis tahtmatult süsiniku struktuuri nende kasuks. Täpsema uurimise käigus selgus, et tärklise vabastamisel tekkisid sellel väikesed poorid ja õõnsused - see suurendab liitiumilaengut taluvat üldpinda. Pol ja tema kolleegid avastasid ka, et nende protsess suurendas süsinikuaatomite vahekaugust - hõlbustades kiiremat laadimist, võimaldades liitiumioonidel tõhusamat juurdepääsu igale süsinikuaatomile. "See on justkui teil oleks suurem liitiumi uks läbi reisimiseks, " ütleb Pol. "Ja see suurem ruum motiveerib liitiumi kiiremini liikuma."
Lisaks prügilate prügilatesse sattunud maapähklite taaskasutamise olemuslikule positiivsele keskkonnamõjule on maapähklitest puhta süsiniku isoleerimiseks vaja ka minimaalselt energiat (ainult 1100 kraadi Fahrenheiti järgi). Seevastu akuanoodide jaoks kasutatava tavapärase süsiniku tootmiseks vajalik temperatuur on vahemikus 3600 kuni 4500 kraadi Fahrenheiti järgi ja see võtab mitu päeva, väidab Pol.
Teadlased on taotlenud patenti oma uuele tehnoloogiale, lootuses see järgmise kahe aasta jooksul turule tuua, ning plaanivad uurida ka süsiniku muid kasutusvõimalusi. "See on väga skaleeritav protsess, " ütleb Pol. Ja „need patareid on ainult üks rakendustest. Süsinikku on igal pool.
