¡ERR DIACHE! Científicos hacen electrodos de baterías con desechos de cáscaras de huevo.

(A) Foto de la configuración experimental utilizando una cáscara de huevo como un reactor. (B) Ilustración del sistema reactor.Crédito: Meng et al. © 2016 American Chemical Society

Loa americanos consumen 76 mil millones de huevos por año, y mientras algunos de los residuos de cáscara de huevo se utiliza para fertilizantes o suplementos dietéticos, la mayoría de estas cáscaras de huevo se tiran. En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad Estatal de Wayne en Detroit han desarrollado un método para reciclar las cáscaras de huevo, usándolos como "reactores químicos" para sintetizar nanobastones que contienen azufre que pueden ser utilizados como electrodos de la batería.

Los investigadores, dirigidos por el Profesor Adjunto Da Deng en la Universidad Estatal de Wayne, han publicado un artículo sobre el nuevo enfoque en un reciente número de la revista Chemistry of Materials.

"Un gran número de huevos que se consumen todos los días, pero la eliminación de la cáscara de huevo de residuos sigue siendo una tarea difícil", dijo Deng . "Planteamos una idea de la utilización directa de las cáscaras de huevo de desecho (o 'basura') como un sistema de reacción única (o" tesoro ") para la síntesis de 1D matrices nanorod en la membrana de cáscara de huevo fibras de proteína . Preparamos un compuesto de cristalina Co 9 S 8 matrices nanorod en fibras de carbono que demuestran prometedores resultados en las dos baterías de litio-ion y sodio ".

Una cáscara de huevo tiene dos partes principales: la cáscara dura, que se compone principalmente de carbonato de calcio; y la membrana delgada que recubre el interior de la cáscara dura. La membrana está hecha de fibras de proteína que contienen azufre y carbono. (El mal olor a huevos podridos es debido al sulfuro de hidrógeno que se libera cuando estas proteínas se descomponen de sulfuro).

Con el fin de reciclar las cáscaras de huevo para usos existentes, tales como fertilizantes y suplementos dietéticos, las dos partes deben estar separados mediante procesos de separación caros. Una de las ventajas del reciclaje de la cáscara de huevo como reactores multifuncionales para la fabricación de electrodos de baterías es que las dos partes no necesitan ser separados, ya que ambas partes se utilizan juntos.

Una cáscara dura parcialmente intacta, curvada como un pequeño jarrón, será colocada en un recipiente más grande y se utiliza para separar dos soluciones: hidróxido de sodio (NaOH) en el exterior, y cobalto (II) sulfato (COSO 4) en el interior. Si estas dos soluciones fueron venir rápidamente en contacto entre sí, ellos reaccionan para formar micropartículas cristalinas de cobalto hidróxido de (II) (Co (OH) 2). La cáscara de huevo mantiene las dos soluciones separadas para la mayor parte, pero ya que la cáscara es semi-permeable, permite que algunos iones OH - a difunden muy lentamente desde el exterior al interior de la concha.Después de aproximadamente cuatro días, los iones OH - elevar el pH de la solución dentro de 4,8-7, lo que es menos ácido. Esto proporciona las condiciones adecuadas para el Co (OH) 2 para formar en forma amorfa en lugar de la forma cristalina.

La ventaja de tener Co (OH) 2 en forma amorfa es que forma un revestimiento sobre las piezas de la membrana de la cáscara del huevo dentro de la cáscara. La membrana recubierta se retira entonces de la solución y se calienta durante alrededor de dos horas, lo que conduce tanto a la carbonización y sulfuración. Las fibras proteínicas carbonizado, lo que significa que se convierten en fibras de carbono y, al hacerlo, liberan azufre. El azufre reacciona con el Co (OH) 2 al sulfuro forma de cobalto (Co 9 S 8)nanobastones. sulfuro de cobalto es un material de electrodo de la batería se utiliza comúnmente, aunque no usualmente en forma de nanorod.

Las fibras de carbono-producto finales recubiertas con sulfuro de cobalto-nanobastones pueden ser fácilmente convertidos en una suspensión para su uso como electrodos de la batería. Los investigadores encontraron que el prototipo inicial de la batería exhibe un buen rendimiento, incluyendo el mantenimiento de una capacidad estable (540 mAh / g) durante 300 ciclos a baja corriente, aunque la capacidad disminuye a corrientes más altas. Este tipo de bicicleta supera a la de las baterías de iones de litio que utilizan películas de sulfuro de cobalto como electrodos. Los investigadores atribuyen esta mejora a la estructura nanorod del sulfuro de cobalto. Explican que el nanorods están firmemente unidos a las fibras de carbono y las fibras de carbono mejorar el contacto entre el electrodo y el electrolito para mejorar el flujo de corriente.

Aunque este método requiere que las cáscaras se mantienen casi intactos, los investigadores piensan que este requisito podría cumplirse por los huevos preparados en instalaciones comerciales.

"Los fabricantes de alimentos utilizan una gran cantidad de huevos", dijo Deng. "Podrían proporcionar las cáscaras de huevo necesarios. Nuestra tecnología requiere el uso de las cáscaras de huevo en forma de un contenedor, no en forma de piezas de cáscaras de huevo totalmente aplastados. Si los huevos podrían ser rotos por una máquina de formación de grietas huevo en contenedores, se debe será posible preservar la forma necesaria como "reactores". Por ejemplo, una media cáscara de huevo todavía podría funcionar como un recipiente, sino "un recipiente más pequeño en comparación con el que hemos demostrado en nuestro trabajo, en el que cortar cuidadosamente un pequeño agujero en la cáscara del huevo.

De cara al futuro, el sulfuro de cobalto tiene muchas otras aplicaciones además de como un material de electrodo de batería, como en supercondensadores, celdas solares, y la catálisis. Por lo general, la preparación de sulfuro de cobalto nanoestructurado requiere altas presiones, materiales tóxicos y caros, y métodos complejos. Con nuevas mejoras, el método de la cáscara de huevo puede ayudar a aliviar algunos de estos problemas. Además, las futuras investigaciones sobre este método de uso de cáscaras de huevo como reactores podría conducir a la síntesis de otros tipos de materiales nanoestructurados para una variedad de usos.

"Tenemos la intención de explorar el uso directo del sistema de reactor de la cáscara de huevo para sintetizar muchos otros materiales funcionales, que pueden encontrar aplicaciones más allá de las baterías", dijo Deng.