@ 2015.10.12 , 08:00
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藻类爆发怎么破?捞起来烤成电池

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2014年8月9日在伊利湖的藻类爆发现场(GPS: 41°42′16.1′′N, 83°28′30.0′′W)收集藻类。插图显示热处理前后的干燥藻华。Credit: Da Deng, Wayne State University

去年八月,伊利湖的季节性有害藻类爆发变得如此极端,导致俄亥俄州托莱多的水系变得有毒,使五十万居民没水可喝。但一些研究者们采集了当时一些有毒藻华,并已证明通过在氩气中把它们加热到700~1000°C的温度,可以将之转变成所谓的“硬质碳”材料,可以作为大容量钠离子电池的低成本电极材料。

在底特律韦恩州立大学环境工程师邓达(音译)博士带领下的研究者们在最近一期的《环境科学与技术》发表了使用藻华作为电化学能量储存的论文。

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“由蓝藻造成的有害藻类爆发严重威胁到人类、牲畜、和野生动物,导致疾病甚至死亡,”邓说,“2014年藻华造成的托莱多水危机是其破坏威力的生动例子。现有的减轻藻华技术是被动的且有一定局限性。如果替代技术可以将藻华转变为高附加值功能性产品,将显著广泛地影响我们的社会和环境。”

邓解释说这样一个高价值产品可能是钠离子电池的电极,有潜力取代主要应用的锂离子电池。

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“我们示范了从托莱多附近的伊利湖新鲜收集的藻华转换为钠离子电池的高性能电极,”他说,“我们称之为‘变废为宝’方法。这种技术有望缓解藻华,克服其环境威胁并钠离子电池中的可逆钠存储提供‘绿色’电极。”

正如邓所解释的,钠离子电池技术相比锂离子电池仍处于起步阶段。开发钠离子电池的挑战之一是找到一种可靠的电极材料。虽然石墨往往用于锂离子电池的电极,但较大的钠离子不如较小的锂离子那样适合石墨的结构。相反,钠离子更适合硬质碳,它比石墨更无序,并含有更多数量的大型缺陷和空隙,能存储较大的钠离子。

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2014年8月9日韦恩州立大学邓博士实验室的学生们在伊利湖采集藻华。Credit: Da Deng, Wayne State University

虽然硬质碳最常来源于石油,它也可以由生物质制成。这项研究是藻华(特别是蓝绿藻)第一次被直接转化为钠离子电池用碳。藻华有生长迅速和不需要土地或土壤的优势。而且研究者们发现,藻华可以很容易地通过简单热处理转换成硬质碳,无需净化或其它更多工序。

藻类加热后,研究者们用80%来自藻类的硬质碳、10%炭黑(用于提高导电性)和10%粘结剂的混合物制成电极。在把这种浆料隔夜干燥后,他们用纳箔作为对电极将之一起组装成纽扣电池。测试表明电极一开始容量高达440 mAh/g,但在第一个周期后遭受不可逆的容量损失后,容量下降到约230 mAh/g,从第二周期往后,该电极具有良好的容量保持率。研究者们还发现包括容量和稳定性的一些性能因素取决于藻类被加热的温度,这指明了在未来提高其性能的一种方式。

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“我们未来的研究将专注于藻华衍生碳钠离子电池的电化学性能优化,”邓说,“我们将尝试解决钠离子电池的首次循环不可逆容量损失问题。我们也在开发大规模采收藻华的方法并研究他们对生态系统的影响。”

总体而言,研究者们解释说这种“变废为宝”的转换过程是一石二鸟:缓解淡水湖泊的藻华问题,并提供有用的钠离子电池电极材料,它相对锂离子电池具有巨大的潜在成本优势。为了说明,研究者们指出,2014年锂离子电池的成本约为每千瓦时410美元,而美国的电力零售均价是每千瓦时约10美分。因为钠比锂丰富得多,预期钠离子电池将在未来大大降低这一成本。

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本文译自 TechXplore,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 26+1

  1. 已屏蔽
    @2 years ago
    2955990

    又好吃又好玩

  2. 2955991

    当中国攻克相关技术后,中国海藻甚至海草都已经灭绝了

    [44] XX [2] 回复 [0]
  3. 机翻肉魔
    @2 years ago
    2955992

    机翻怎么破?基本上是没救了。

  4. 2955996

    电池爆发怎么破?

    [18] XX [0] 回复 [0]
  5. Rebecca
    @2 years ago
    2955999

    好像在藻类的海洋里和gg疯狂地做爱

    [10] XX [5] 回复 [0]
  6. 碧海
    @2 years ago
    2956000

    伊利湖?怎么配图全是中国的?观海把这个湖卖给中国了?

    [16] XX [1] 回复 [0]
  7. 2956005

    @00000: 那么这一定是阴谋 那可是天然潜艇屏障啊

  8. 2956007

    只要涉及到“烤”,基本都会出现碳宗和气宗对决。

  9. 首先你要
    @2 years ago
    2956011

    – -还有什么不能用来发电的这年头

  10. 2956012

    壮哉!青岛大草原!

  11. 2956034

    @123: OMG,太可怕了

  12. 蛋白
    @2 years ago
    2956035

    所以这是在打算换 电 池 了么?

  13. 游客
    @2 years ago
    2956037

    @123: 不要回答!不要回答!不要回答!

  14. 2956076

    现在的人已经无聊到在首页自问自答了吗………

  15. 浮楼
    @2 years ago
    2956105

    如果没看错配图应该是在青岛。青岛海滨大面积爆发浒苔,这在08年以后已经不是新闻了。
    科技手段不评判,我不搞这个。但是目前可见的是,浒苔爆发速度十分惊人,我记得第一次看的时候,坐在公交车上,一车人都沸腾了。。。栈桥像是建在足球场里,海边一点水都看不到,目所能及的地方全是浒苔,近岸浒苔堆积厚度一米以上。。。太吓人了。
    当时全市出动日夜不间断清理,但是速度远远不及浒苔腐烂的速度,新闻上还有“浒苔怎么做好吃”“浒苔的营养价值”等等,但是吃的速度都赶不上腐败的速度。。。
    某种角度讲,目前作为市民更关注的是如何避免这种现象出现和怎样能更快的使它消失。。至于这东西究竟能产生多少电池价值,说实话我们不太关注。。。

    [14] XX [3] 回复 [0]
  16. 迪克牛仔
    @2 years ago
    2956109

    千万别成为一项产业…有不好的预感…

  17. 2956176

    我想知道门口沟里的水葫芦怎么办

  18. 年年
    @2 years ago
    2956183

    这电池怎么长得跟粑粑似的

  19. 2956549

    这些人真的玩得下去

  20. 碧海
    @2 years ago
    2956569

    @浮楼: 或许是因为售价太贵的原因吧。免费赠送估计就吃的人多了——这是调侃,请忽略。
    南方是水葫芦比较多,经常能看到沿江、河涌里遍布水葫芦。但是还真没见到这么大规模的。

  21. 碧海
    @2 years ago
    2956572

    @KOi: @KOi: 看到有些农家乐切碎了拿来喂鸭子,好像鸭子还比较喜欢吃这东西。但是据说这样做,相当于把毒素累计到鸭肉里。

  22. 追风箭
    @2 years ago
    2956937

    好像💩

  23. 秋风采菊蟹
    @2 years ago
    2956953

    图文不配啊。浒苔和藻华,不是一回事好么?
    简单的说,藻华就是微细藻类爆发让水变得绿绿的发黑发臭的现象,我们常常看到的一垞绿绿的水池或者人工湖,就了。拿叉子是清理不了的,得用多少多少目的滤网。可这样一来,成本就大了,只有提高滤出废物的利用价值才能让主动收集水体藻类变成一种可行的经济行为。

  24. 写写画画
    @2 years ago
    2956988

    碳烤还是气烤?没电了是充还是换?

  25. cleverdog
    @2 years ago
    2957149

    @碧海: 藻类本身没有毒。水葫芦甚至是以前引进中国作为猪饲料的。

    ~~~真正造成问题的是疯狂生长之后水里缺氧,于是死掉的植物不停腐烂产生了有毒物。

    ~~~这就好比猪肉没有毒性的,然而如果家里堆满生猪肉,那么家里很快就会发臭呆不下人了。

  26. 法式黑边
    @2 years ago
    2958152

    大自然真实神奇,觉得海藻就像一直在举手的同学,便举手边喊“选我,选我”

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