Dalam terobosan ilmiah yang akan membuat iri George Washington Carver sendiri, para ilmuwan mungkin telah menggunakan kacang dengan cara yang paling cerdik. Tetapi ini bukan legum populer yang dibuat Carver menjadi makanan, pewarna, dan kosmetik — mereka mengemas kacang. Sebuah tim insinyur kimia di Universitas Purdue kini telah mengembangkan cara yang menarik untuk menggunakan kembali pengemasan kacang untuk pembuatan anoda karbon, komponen baterai yang dapat diisi ulang yang mengungguli baterai kompetitif di pasar.
Kacang kemasan telah terbukti sangat membantu dalam memastikan keamanan pengiriman paket besar dengan tambahan berat yang dapat diabaikan. Namun, mereka adalah iblis yang harus dibuang. Karena mereka mengambil begitu banyak ruang dan mahal untuk diangkut, banyak layanan daur ulang tepi jalan tidak lagi menerima kacang. Akibatnya, hanya sebagian kecil dari kemasan kacang yang didaur ulang dengan benar.
Mayoritas yang tersisa akan dibuang ke tempat pembuangan sampah di mana mereka dapat menimbulkan ancaman lingkungan yang signifikan. Selain membutuhkan beberapa generasi untuk terurai, kacang tanah berbasis polystyrene (Styrofoam menjadi merek umum) mengandung bahan kimia yang diyakini bersifat karsinogenik. Menanggapi kritik terhadap dampak lingkungan yang berbahaya ini, produsen memperkenalkan kacang tanah yang tidak beracun dan berbahan dasar pati. Namun, para peneliti di Purdue mengklaim bahwa alternatif "hijau" ini mungkin juga mengandung bahan kimia berbahaya yang digunakan untuk "menghabisi" kacang tanah ini.
Vilas Pol, seorang profesor di Sekolah Teknik Kimia Purdue dan penulis utama studi ini, mengatakan inspirasinya untuk proyek tersebut datang ketika memesan bahan untuk laboratorium penelitian baterai eksperimental yang baru. “Kami mendapatkan banyak peralatan dan bahan kimia yang terkandung dalam banyak kotak yang semuanya berisi kacang, dan pada titik tertentu saya menyadari bahwa semua kacang ini akan terbuang sia-sia, ” kata Pol. "Kami ingin melakukan sesuatu yang baik untuk masyarakat dan lingkungan."
Baterai lithium-ion terutama terdiri dari elektroda positif (katoda) yang terbuat dari bahan berbasis lithium, elektroda negatif (anoda) yang terbuat dari karbon, membran polimer yang memisahkannya dan zat cairan elektrolit yang dapat membawa muatan melalui membran. Ketika baterai diisi, ion lithium positif bergerak dari katoda positif ke anoda negatif dan disimpan pada karbon. Sebaliknya, ketika baterai sedang digunakan, ion lithium mengalir ke arah yang berlawanan, menghasilkan listrik.
Setelah analisis awal mengungkapkan bahwa komponen utama pengemasan kacang adalah karbon, hidrogen, dan oksigen, tim berusaha mengembangkan proses yang dapat memanfaatkan karbon untuk membuat anoda untuk baterai lithium ion. Dengan memanaskan kacang di bawah kondisi tertentu, tim mampu mengisolasi karbon, dengan hati-hati membuang oksigen dan hidrogen melalui pembentukan uap air, sehingga tidak menciptakan produk sampingan yang berbahaya bagi lingkungan. Tim kemudian menerapkan panas tambahan untuk karbon yang tersisa, membentuknya menjadi lembaran yang sangat tipis yang dapat berfungsi sebagai anoda untuk baterai mereka.
Yang mengejutkan, baterai “upcycled” baru jauh melebihi harapan para ilmuwan — menyimpan lebih banyak muatan keseluruhan, sekitar 15 persen, dan mengisi daya lebih cepat daripada baterai lithium-ion yang sebanding. Ternyata proses pembuatan tim yang unik secara tidak sengaja mengubah struktur karbon untuk keuntungan mereka. Investigasi lebih lanjut mengungkapkan bahwa ketika air dilepaskan dari pati, itu menghasilkan pori-pori kecil dan rongga-meningkatkan area permukaan keseluruhan yang mampu menahan muatan lithium. Pol dan rekan-rekannya juga menemukan bahwa proses mereka meningkatkan jarak antara atom-atom karbon — memfasilitasi muatan yang lebih cepat dengan memungkinkan ion litium akses yang lebih efisien ke setiap atom karbon. "Sepertinya Anda memiliki pintu yang lebih besar untuk dilalui lithium, " kata Pol. "Dan ruang yang lebih besar ini memotivasi lithium untuk bergerak lebih cepat."
Selain dampak lingkungan positif yang melekat dari penggunaan kembali kacang tanah yang jika tidak akan memadatkan tempat pembuangan sampah, isolasi karbon murni dari kacang tanah membutuhkan energi minimal (hanya 1.100 derajat Fahrenheit). Sebaliknya, suhu yang diperlukan untuk menghasilkan karbon konvensional yang digunakan untuk anoda baterai adalah antara 3.600 derajat dan 4.500 derajat Fahrenheit dan membutuhkan beberapa hari, kata Pol.
Para peneliti telah mengajukan permohonan paten untuk teknologi baru mereka, dengan harapan membawanya ke pasar dalam dua tahun ke depan, dan berencana untuk menyelidiki kegunaan lain untuk karbon, juga. "Ini adalah proses yang sangat scalable, " kata Pol. Dan “baterai ini hanya salah satu aplikasi. Karbon ada di mana-mana.
