Algue, les algues comestibles avec une longue histoire dans certaines cuisines asiatiques, et qui fait également partie de la culture foodie occidentale, pourrait s'avérer être un ingrédient essentiel d'une autre tendance :le développement de moyens plus durables pour alimenter nos appareils. Des chercheurs ont fabriqué un matériau dérivé d'algues pour aider à améliorer les performances des supraconducteurs, batteries lithium-ion et piles à combustible.

L'équipe présentera le travail aujourd'hui à la 253e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS).

« Les matériaux à base de carbone sont les matériaux les plus polyvalents utilisés dans le domaine du stockage et de la conversion d'énergie, " Dongjiang Yang, Doctorat., dit. « Nous voulions produire des matériaux à base de carbone via une filière vraiment « verte ». Compte tenu de la renouvelabilité des algues, nous avons choisi l'extrait d'algue comme précurseur et modèle pour synthétiser des matériaux carbonés poreux hiérarchiques. nanomatériaux de carbone multifonctionnels pour le stockage d'énergie et la catalyse à grande échelle.

Matériaux traditionnels en carbone, comme le graphite, ont été essentiels à la création du paysage énergétique actuel. Mais pour passer à la prochaine génération de batteries lithium-ion et autres dispositifs de stockage, un matériau encore meilleur est nécessaire, de préférence celui qui peut être approvisionné de manière durable, dit Yang.

Compte tenu de ces facteurs, Yang, qui est actuellement à l'Université de Qingdao (Chine), tourné vers l'océan. L'algue est une algue abondante qui pousse facilement dans l'eau salée. Alors que Yang était à l'Université Griffith en Australie, il a travaillé avec des collègues de l'Université de Qingdao et du Laboratoire national de Los Alamos aux États-Unis pour fabriquer des nanofibres de carbone poreuses à partir d'extraits d'algues. chélatant, ou contraignant, des ions métalliques tels que le cobalt aux molécules d'alginate ont abouti à des nanofibres avec une structure en "boîte à œufs", avec des unités d'alginate enveloppant les ions métalliques. Cette architecture est la clé de la stabilité du matériau et de sa synthèse contrôlable, dit Yang.

Les tests ont montré que le matériau dérivé des algues avait une grande capacité réversible de 625 milliampères-heures par gramme (mAhg-1), ce qui est considérablement plus que la capacité de 372 mAhg-1 des anodes en graphite traditionnelles pour les batteries lithium-ion. Cela pourrait aider à doubler l'autonomie des voitures électriques si le matériau de la cathode est de qualité égale. Les fibres de la boîte à œufs ont également performé ainsi que les catalyseurs commerciaux à base de platine utilisés dans les technologies des piles à combustible et avec une bien meilleure stabilité à long terme. Ils ont également montré une capacité élevée en tant que matériau supraconducteur à 197 Farads par gramme, qui pourrait être appliqué dans les batteries zinc-air et les supercondensateurs. Les chercheurs ont publié leurs premiers résultats dans ACS Science centrale en 2015 et ont depuis développé davantage les matériaux.

Par exemple, construit sur la même structure de boîte à œufs, les chercheurs disent qu'ils ont supprimé les défauts à base d'algues, cathodes de batterie lithium-ion qui peuvent bloquer le mouvement des ions lithium et entraver les performances de la batterie. Et récemment, ils ont développé une approche utilisant du carraghénane et du fer dérivés d'algues rouges pour fabriquer un aérogel de carbone poreux dopé au soufre avec une surface ultra-élevée. La structure pourrait être un bon candidat pour une utilisation dans les batteries lithium-soufre et les supercondensateurs.

Plus de travail est nécessaire pour commercialiser les matériaux à base d'algues, toutefois. Yang dit actuellement plus de 20, 000 tonnes de précurseur d'alginate peuvent être extraites des algues par an à des fins industrielles. Mais il faudra beaucoup plus pour augmenter la production.