Dette klare blå farvestof findes i stof. Kan den også drive batterier?

Et safirfarvet farvestof kaldet methylenblåt er en almindelig ingrediens i spildevand fra tekstilfabrikker.

Men videnskabsmænd fra University at Buffalo mener, at det kan være muligt at give denne industrielle forurening et nyt liv. I en ny undersøgelse, de viser, at farvestoffet, når det er opløst i vand, er god til at lagre og frigive energi på cue.

Dette gør forbindelsen til et lovende kandidatmateriale til redoxflow-batterier - store, genopladelige væskebaserede batterier, der kan gøre fremtidige vindmølleparker og solenergihuse i stand til at oplagre elektricitet til rolige eller regnfulde dage.

Forskningen udkom online den 13. august i tidsskriftet ChemElectroChem .

"Methylenblåt er et meget brugt farvestof. Det kan være sundhedsskadeligt, så det er ikke noget, du vil dumpe i miljøet uden at behandle det, " siger ledende forsker Timothy Cook, Ph.D., adjunkt i kemi ved UB College of Arts and Sciences. "Der er blevet arbejdet meget med måder at binde methylenblåt ud af vandet, men problemet med mange af disse metoder er, at de er dyre og genererer andre former for affaldsprodukter."

"Men hvad nu hvis i stedet for bare at rense vandet op, kunne vi finde en ny måde at bruge det på? Det er det, der virkelig motiverede dette projekt, " siger førsteforfatter Anjula Kosswattaarachchi, en UB Ph.D. studerende i kemi.

Upcycling af methylenblåt – og spildevand?

Undersøgelsen er blot det første skridt i at vurdere, hvordan - og om - methylenblåt fra industrielt spildevand kan bruges i batterier.

"For at dette skal være praktisk, vi ville være nødt til at undgå den dyre proces med at udvinde farvestoffet fra vandet, " siger Cook. "En af de ting, vi er interesserede i, er, om der kan være en måde at bogstaveligt talt genbruge selve spildevandet.

"I tekstilfremstilling, der er salte i spildevandet. Som regel, at få et redoxflow-batteri til at fungere, du skal tilføje salt som en støttende elektrolyt, så saltet i spildevandet er måske en indbygget løsning. Det hele er spekulativt lige nu:Vi ved ikke, om det vil virke, fordi vi ikke har testet det endnu."

Hvad Cook og Kosswattaarachchi har vist – indtil videre – er, at methylenblåt er god til vigtige opgaver forbundet med energilagring. I eksperimenter, forskerne byggede to simple batterier, der brugte farvestoffet - opløst i saltvand - til at fange, lagre og frigive elektroner (alle afgørende job i en kraftcelles liv).

Det første batteri, som forskerne lavede, fungerede med næsten perfekt effektivitet, da det blev opladet og drænet 50 gange:Enhver elektrisk energi, som forskerne indsatte, de kom også ud, for det meste.

Over tid, imidlertid, batteriets kapacitet til at lagre energi faldt, da molekyler af methylenblåt blev fanget på en membran, der var afgørende for enhedens korrekte funktion.

Valget af et nyt membranmateriale løste dette problem i forskernes andet batteri. Denne enhed bibeholdt den næsten perfekte effektivitet af den første model, men havde ikke noget nævneværdigt fald i energilagringskapacitet over 12 cyklusser med opladning og afladning.

Resultaterne betyder, at methylenblåt er et levedygtigt materiale til flydende batterier. Med dette etableret, holdet håber at tage forskningen et skridt videre ved at skaffe ægte spildevand fra en tekstilfabrik, der bruger farvestoffet.

"Vi vil gerne fordampe spildevandet til en mere koncentreret opløsning indeholdende methylenblåt og saltene, som derefter kan testes direkte i et batteri, " siger Cook.

I Sri Lankas tekstilindustri, en personlig tilknytning til studiet

Projektet er vigtigt for Kosswattaarachchi fra et personligt synspunkt:Før man kommer til UB, hun arbejdede med tekstiler, udvikling af nye stofteknologier til Sri Lanka Institute of Nanotechnology (SLINTEC).

Tekstiler er en af ​​landets vigtigste økonomiske sektorer, og industrien skaber mange arbejdspladser. Men forurening er en ulempe, med spildevand en miljømæssig bekymring.

"Vi mener, at dette arbejde kan danne grundlag for en alternativ rute for spildevandshåndtering, baner en vej til en grøn energilagringsteknologi, " siger Kosswattaarachchi.