Химики превратили окурки в сверхпористый биоуголь для хранения энергии
Сигаретные окурки — один из самых распространенных видов мусора, причем очень стойкий. Теперь им нашлось применение.
Из сигаретных фильтров химики сумели получить нанопористый биоуголь, легированный азотом и кислородом. Он служит превосходным материалом для изготовления электродов для суперконденсаторов, которые могут применяться для накопления возобновляемой энергии или заменить батареи во многих гаджетах.
«Наша работа показывает, что сигаретные окурки — это не только проблема загрязнения, но и ценный углеродный ресурс. Преобразуя их в функциональные пористые углеродные материалы, мы можем решать задачи утилизации отходов, одновременно поддерживая развитие чистых энергетических технологий», — объясняет профессор Цао Лэйчан из Хэнаньского университета.
Двухстадийный метод изготовления биоугля из вторсырья описан в журнале Energy & Environment Nexus. Он сочетает гидротермальное карбонизирование с химической активацией и контролируемой термообработкой. В ходе этого процесса атомы азота и кислорода внедряются в углеродную основу, образуя иерархическую сеть микроскопических пор. Поучается структура, эффективная для хранения энергии, поскольку она обеспечивает множество мест для накопления заряда и быстрые пути для переноса ионов.
Оптимизированный материал, полученный при температуре активации 700 °C, обладает исключительно высокой удельной площадью поверхности — более 2100 квадратных метров на грамм. При испытаниях в качестве электрода в водных суперконденсаторах окурочный уголь показал удельную емкость около 345 фарад на грамм. Даже после 10 000 циклов заряда-разряда при высокой плотности тока он сохранил более 95% своей первоначальной емкости.
«Результаты впечатляют, особенно для углеродного материала, полностью полученного из отходов. Комбинация развитой пористости с функциональными группами, содержащими азот и кислород, придает электроду превосходную проводимость, стабильность и способность накапливать энергию», — доволен соавтор работы Чжан Цзинлай из Фуданьского университета.
Полноценный симметричный суперконденсатор с такими электродами обеспечил плотность энергии свыше 24 ватт-часов на килограмм при высокой удельной мощности.
Экологическую пользу от масштабирования технологии еще предстоит оценить, но уже очевидно, что она как минимум тройная: утилизация окурков, сокращение углеродного следа от изготовления суперконденсаторов из традиционных материалов, производство устройств для хранения чистой энергии.
