Американские исследователи произвели значительный прорыв в области исследований систем сохранения энергии. Ими была создана экологически чистая альтернатива продуктам переработки железной руды, из которых сейчас делаются электроды в литий-ионных аккумуляторах. Новые нетоксичные аккумуляторы работают за счет пурпурина – органического красящего вещества (красный/желтый), извлекаемого из корней растения марены. Пурпурин уже более 3500 лет используется для окраски тканей.
Сейчас для создания катодов литий-ионных батарей чаще всего используется оксид лития с кобальтом (кобальтит лития, LiCoO2). Но добыча кобальта и дальнейшее его соединение с литием на высокой температуре для создания катода – это очень дорогой и энергоемкий процесс. Как заявляют ученые, каждый киловатт-час энергии, выделенный литий-ионной батареей, стоит попадания 72х кг парникового газа в атмосферу. Парниковый газ появляется в процессе генерации электроэнергии и применении углеводородного топлива для переработки исходного материала. Дальнейшая утилизация таких батарей также требует серьезных денежных затрат.
Американскими специалистами доказано, что пурпурин и другие природные красители могут выступить в качестве наиболее экологичной замены кобальту или марганцу. Вместе с тем, биоматериалы имеют большой потенциал в связи с особой организацией молекул, которая позволяет электронам продолжать движение в прямом или электроном направлении, как это делается в традиционных электродах.
Разработчики новой технологии подчеркивают, что пурпурин наилучшим образом сочетается с литием. Изготавливать электроды пурпурина можно даже при комнатной температуре. Ученые воспроизвели относительно простой технический процесс, который подразумевает растворение пурпурина в спиртовом сольвенте и смешивание с солями лития. При этом раствор меняет свой цвет из красновато-желтого на розовый, что свидетельствует об образовании связей между ионами лития из соли и молекулами пурпурина. После этого растворитель можно удалять. Электрод может работать.
Американцы говорят о том, что пурпурин менее сложный в использовании, в отличие от других органических молекул, которые также рассматривались для применения в аккумуляторах. Помимо этого, выращивание марены либо других растений может впитать большой объем углекислого газа из воздуха. Использование пурпурина с 20%-ой частью углерода для улучшения проводимости, группа исследователей создала батарею с энергоемкостью 90 мАч на грамм. Такая батарея способна выдерживать около 50-ти циклов зарядки-разрядки. Ученые уверяют, что их экологичная литий-ионная батарея поступит на рынок уже через несколько лет.