Making batteries with portabella mushrooms
Porous structure of portabella mushrooms is key to making efficient batteries that could power cell phones, electric vehicles
Can portabella mushrooms stop cell phone batteries from degrading over time?
They have created a new type of lithium-ion battery anode using portabella mushrooms, which are inexpensive, environmentally friendly and easy to produce. The current industry standard for rechargeable lithium-ion battery anodes is synthetic graphite, which comes with a high cost of manufacturing because it requires tedious purification and preparation processes that are also harmful to the environment.
With the anticipated increase in batteries needed for electric vehicles and electronics, a cheaper and sustainable source to replace graphite is needed. Using biomass, a biological material from living or recently living organisms, as a replacement for graphite, has drawn recent attention because of its high carbon content, low cost and environmental friendliness.
UC Riverside engineers were drawn to using mushrooms as a form of biomass because past research has established they are highly porous, meaning they have a lot of small spaces for liquid or air to pass through. That porosity is important for batteries because it creates more space for the storage and transfer of energy, a critical component to improving battery performance.
In addition, the high potassium salt concentration in mushrooms allows for increased electrolyte-active material over time by activating more pores, gradually increasing its capacity.
A conventional anode allows lithium to fully access most of the material during the first few cycles and capacity fades from electrode damage occurs from that point on. The mushroom carbon anode technology could, with optimization, replace graphite anodes. It also provides a binderless and current-collector free approach to anode fabrication.
"With battery materials like this, future cell phones may see an increase in run time after many uses, rather than a decrease, due to apparent activation of blind pores within the carbon architectures as the cell charges and discharges over time," said Brennan Campbell, a graduate student in the Materials Science and Engineering program at UC Riverside.
The research findings were outlined in a paper, "Bio-Derived, Binderless, Hierarchically Porous Carbon Anodes for Li-ion Batteries," published in the journal Scientific Reports. It was authored by Cengiz Ozkan and Mihri Ozkan, both professors in the Bourns College of Engineering, and three of their current or former graduate students: Campbell, Robert Ionescu and Zachary Favors.
Nanocarbon architectures derived from biological materials such as mushrooms can be considered a green and sustainable alternative to graphite-based anodes, said Cengiz Ozkan, a professor of mechanical engineering and materials science and engineering.
The nano-ribbon-like architectures transform upon heat treatment into an interconnected porous network architecture which is important for battery electrodes because such architectures possess a very large surface area for the storage of energy, a critical component to improving battery performance.
One of the problems with conventional carbons, such as graphite, is that they are typically prepared with chemicals such as acids and activated by bases that are not environmentally friendly, said Mihri Ozkan, a professor of electrical and computer engineering. Therefore, the UC Riverside team is focused on naturally-derived carbons, such as the skin of the caps of portabella mushrooms, for making batteries.
It is expected that nearly 900,000 tons of natural raw graphite would be needed for anode fabrication for nearly six million electric vehicle forecast to be built by 2020. This requires that the graphite be treated with harsh chemicals, including hydrofluoric and sulfuric acids, a process that creates large quantities of hazardous waste. The European Union projects this process will be unsustainable in the future.
The Ozkan's research is supported by the University of California, Riverside.
This paper involving mushrooms is published just over a year after the Ozkan's labs developed a lithium-ion battery anode based on nanosilicon via beach sand as the natural raw material. Ozkan's team is currently working on the development of pouch prototype batteries based on nanosilicon anodes.
The UCR Office of Technology Commercialization has filed patents for the inventions above.
ทำให้แบตเตอรี่กับเห็ด Portabella
พรุนโครงสร้างของเห็ด Portabella เป็นกุญแจสำคัญที่จะทำให้ประสิทธิภาพแบตเตอรี่ที่สามารถใช้โทรศัพท์มือถือ , ยานพาหนะไฟฟ้า
สามารถ Portabella เห็ดหยุดเซลล์แบตเตอรี่โทรศัพท์จากการย่อยสลายตลอดเวลา
จะได้สร้างประเภทใหม่ของขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้เห็ด Portabella ที่ไม่แพงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และง่ายต่อการผลิต มาตรฐานอุตสาหกรรมปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนชาร์จขั้วบวกคือ แกรไฟต์สังเคราะห์ซึ่งมาพร้อมกับค่าใช้จ่ายสูงในการผลิต เพราะมันต้องมีการจัดทำกระบวนการที่น่าเบื่อและยังเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
กับคาดการณ์เพิ่มขึ้นในแบตเตอรี่ที่จำเป็นสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ถูกกว่าและยั่งยืนที่มาแทนที่ กราไฟท์ เป็นสิ่งจำเป็น การใช้ชีวมวล วัสดุทางชีวภาพจากสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ หรือเมื่อเร็วๆ นี้ มีชีวิต แทนแกรไฟต์ มีดึงความสนใจล่าสุดเนื่องจากปริมาณคาร์บอนสูง ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม .
วิศวกร ริเวอร์ไซด์ ฯลฯ ถูกดึงไปใช้เห็ดเป็นรูปแบบของชีวมวล เพราะการวิจัยที่ผ่านมาได้สร้างพวกเขามีรูพรุน หมายความว่า พวกเขามีช่องว่างขนาดเล็กสำหรับของเหลวหรืออากาศผ่าน . ที่รูพรุนเป็นสำคัญสำหรับแบตเตอรี่ เพราะมันสร้างพื้นที่มากขึ้นสำหรับการจัดเก็บและถ่ายโอนพลังงาน เป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ .
นอกจากนี้โพแทสเซียมสูง ความเข้มข้นของเกลือในเห็ดช่วยเพิ่มเกลือแร่วัสดุที่ใช้งานในช่วงเวลาโดยการเปิดรูขุมขนมากขึ้น ค่อยๆเพิ่มความจุของ แบตเตอรี่แบบลิเธียม
ให้เต็มเพื่อเข้าถึงที่สุดของวัสดุในระหว่าง แรกไม่กี่รอบ และจางหายไปจากความเสียหายที่เกิดจากการผลิตไฟฟ้าที่จุดนั้น เห็ดคาร์บอนโดยเทคโนโลยีสามารถที่มีประสิทธิภาพเปลี่ยนไฟท์ Anodes . มันมีแผ่นใยไม้อัดและปัจจุบันนักสะสมฟรีวิธีการผลิตขั้วบวก .
" กับแบตเตอรี่วัสดุอย่างนี้ โทรศัพท์มือถือในอนาคตอาจจะเห็นการเพิ่มขึ้นในเวลาเรียกใช้หลังจากที่ใช้มาก แทนที่จะลดลง เนื่องจากการปรากฏของรูขุมขนตาบอดภายในคาร์บอนสถาปัตยกรรมเป็นเซลล์ค่าใช้จ่ายและไหลตลอดเวลา" บอกว่า เบรนแนน แคมป์เบลล์ , นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมที่ UC Riverside .
ผลการวิจัยที่ระบุไว้ในกระดาษ " ไบโอ และแผ่นใยไม้อัด , ลําดับชั้นพรุน , คาร์บอน anodes สำหรับ Li - ion แบตเตอรี่ , " ตีพิมพ์ในวารสารรายงานทางวิทยาศาสตร์ มันถูกเขียนโดย cengiz ozkan และ mihri ozkan ทั้งอาจารย์ในมหาวิทยาลัยบอร์นส .และสามของพวกเขาปัจจุบันหรืออดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา แคมป์เบล และ โรเบิร์ต โอเนสคู แซคคารี บุญ
นาโนคาร์บสถาปัตยกรรมที่ได้มาจากวัสดุทางชีวภาพ เช่น เห็ด ถือได้ว่าเป็นสีเขียวและยั่งยืนทางเลือกไฟท์จากขั้วบวก กล่าวว่า cengiz ozkan , ศาสตราจารย์วิศวกรรมเครื่องกลและวัสดุศาสตร์และวิศวกรรม .
นาโนริบบิ้นเหมือนสถาปัตยกรรมเปลี่ยนเมื่อการรักษาความร้อนในวัสดุพรุนที่เชื่อมโยงเครือข่ายสถาปัตยกรรมที่สำคัญ เช่น ขั้วแบตเตอรี่ เพราะสถาปัตยกรรมมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่มากสำหรับการจัดเก็บพลังงาน เป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ .
หนึ่งในปัญหากับคาร์บอนธรรมดา เช่น แกรไฟต์คือ ว่า พวกเขามักจะเตรียมสารเคมีเช่นกรดและกระตุ้นด้วยฐานที่ไม่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม กล่าวว่า mihri ozkan , ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ดังนั้น , UC Riverside ทีมเน้นธรรมชาติได้ด้วย เช่น ผิวหนังของหมวกของเห็ด Portabella ทำให้แบตเตอรี่ .
คาดว่าเกือบ 900 ,000 ตันของวัตถุดิบธรรมชาติจะเป็นที่ต้องการสำหรับแกรไฟต์แอโนดประกอบเกือบ 6 ล้าน รถยนต์ไฟฟ้าที่คาดว่าจะถูกสร้างขึ้นโดย 2020 . นี้ต้องว่า กราไฟท์ จะรักษาด้วยสารเคมีที่รุนแรง ได้แก่ กรดไฮโดรฟลูออริก และ กรดซัลฟูริก , กระบวนการที่จะสร้างขนาดใหญ่ปริมาณของของเสียอันตราย สหภาพยุโรปโครงการกระบวนการนี้จะไม่ยั่งยืนในอนาคต
งานวิจัยของ ozkan สนับสนุนโดยมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์
นี้กระดาษที่เกี่ยวข้องกับเห็ดเป็นเพียงหนึ่งปีหลังจากที่ตีพิมพ์ของ ozkan Labs พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ตาม nanosilicon ผ่านชายหาดทรายเป็นวัตถุดิบธรรมชาติ ทีม ozkan เป็นกำลังทำงานในการพัฒนาแบตเตอรี่กระเป๋าต้นแบบตาม nanosilicon anodes .
สำนักงานการค้าเทคโนโลยีที่เขาได้ยื่นสิทธิบัตรสำหรับสิ่งประดิษฐ์ข้างต้น
การแปล กรุณารอสักครู่..
