Группа исследователей сообщила, что древесно-биоугольные суперконденсаторы вырабатывают больше энергии, по сравнению с современными суперконденсаторами на основе активированного угля, имеют меньшую стоимость, а также образуют экологически чистые побочные продукты в процессе производства.
“Суперконденсаторы представляют собой энергетические устройства, очень схожие с аккумуляторами”, заявил старший научный сотрудник технического центра при Университете штата Иллинойс Чжунхуа Чжанг (Junhua Jiang).
В то время как работа аккумуляторов основана на химических реакциях для выработки постоянной электрической энергии, суперконденсаторы собирают заряженные ионы на своих электродах (в данном случае, из биоугля), и быстро высвобождают эти ионы во время разряда. Это позволяет им подавать энергию короткими, мощными всплесками – например, во время срабатывания фотовспышки или в ответ на пиковые потребления в энергосистеме.
“Суперконденсаторы являются идеальным средством для приложений, нуждающихся в постоянном источнике энергии, а также могут обеспечивать постоянную мощность – как аккумуляторы, но за меньшую стоимость”, сказал Чжанг. Они полезны в транспорте, электронике, и устройствах хранения и передачи солнечной и ветряной энергии.
Многие современные суперконденсаторы используют активированный уголь, который обычно изготавливается из источников ископаемого топлива.
“Для разработки микроструктур углерода используют дорогостоящие и сложные процедуры – для увеличения количества пор и оптимизации их сети”, сказал Чжанг. “Это увеличивает площадь поверхности электрода и способность пор быстро захватывать и высвобождать ионы”.
В древесно-биоугольных суперконденсаторах, естественная древесная пористая структура служит как поверхность электрода, исключая необходимость использования передовых технологий для изготовления сложной пористой структуры. Древесный биоуголь изготавливается путем нагрева древесины в среде с низким уровнем кислорода.
Размер пор и их размещение в некоторых породах древесины является идеальным средством для быстрого перемещения ионов, заявил Чжанг. В новом исследовании использовали можжевельник виргинский, однако некоторые другие породы, такие как клен и вишня, также пригодны для этого.
Для подготовки активированного угля, используемого в суперконденсаторах, часто применяются дорогие и коррозионно-активные химические вещества, обеспечивая электродам физические и химические свойства, необходимые для правильного функционирования.
“Использование подобных химических веществ наносит огромный вред окружающей среде”, заявил Чжанг. “Поэтому следует избегать или значительно снизить их использование”.
Чжанг и его команда активируют биоуголь с помощью азотной кислоты с умеренной концентрацией, которая смывает пепел (карбонат кальция, карбонат калия и другие примеси) в биоугле. Побочный продукт данного процесса имеет полезное применение – результирующий раствор солей азотной кислоты можно использовать как удобрение.
Данные подходы значительно сократят материальные и экологические затраты при сборке суперконденсаторов.
“Стоимость материалов при изготовлении древесно-биоугольных суперконденсаторов в 5-10 раз меньше, по сравнению с активированным углем”. А когда суперконденсатор на основе биоугля достигает конца срока эксплуатации, его электроды могут быть размолоты и использоваться как грунт органического происхождения, который увеличивает плодородие.
“Эффективность наших материалов на основе биоугля сопоставима с эффективностью современных улучшенных углеродных материалов, таких как углеродные нанотрубки и графен” заявил Чжанг. Мы можем достичь подобной эффективности с меньшими общими затратами и значительно меньшими затратами, связанными с охраной окружающей среды”.
Опубликована: 02.11.2013
Вознаградить
Комментарии (0)
|
Подписаться