Для создания более дешевых и экологичных суперконденсаторов использовали лесные отходы

Исследователи сообщили, что древесно-биоугольные суперконденсаторы способны производить так же много энергии, как и современные суперконденсаторы на основе активированного угля, но за часть стоимости, и с безвредными для среды побочными продуктами.

«Суперконденсаторы — энергетические устройства, похожие на батареи», сообщил ведущий ученый Чжунхуа Чжанг из университета Иллинойса. Но если действие батарей основано на химических реакциях для производства длительной электрической энергии, то суперконденсаторы накапливают заряженные ионы на электродах (в данном случае, из биоугля), и во время разгрузки быстро отпускают все те ионы. Это позволяет им поставлять энергию молниеносно и в большом объеме, во время срабатывания вспышки фотокамеры, например, или в ответ на пиковую потребность в энергосети.

«Суперконденсаторы идеально подходят тогда, когда требуется моментальная поставка энергии, и даже могут обеспечивать длительную энергию, но стоимость их будет ниже стоимости батарей», сказал Чжанг. Суперконденсаторы полезны на транспорте, в электронике, а также в устройствах для хранения и передачи солнечной и ветряной энергии.

Многие современные суперконденсаторы задействуют углерод, и обычно из ископаемых источников.

«Обычно для создания микроструктур углерода используются дорогостоящие и сложные процедуры — чтобы увеличить количество пор и оптимизировать сеть пор», сообщил ученый. „Это приводит к увеличению площади поверхности электрода и способности пор быстро захватывать и выделять электроны“.

В древесно-биоугольных суперконденсаторах естественная пористая структура древесины служит как поверхность электрода, избавляя от необходимости применения передовых технологий для изготовления сложной пористой структуры. Древесный биоуголь производится за счет нагрева древесины в среде с низким уровнем кислорода.

Размеры и конфигурация пор в некоторых древесинах идеально подходят для быстрой передачи ионов, уточнил Чжанг. В исследовании ученые использовали красный кедр, однако хорошо работают также вишня и клен.

Для подготовки активированного угля, используемого в суперконденсаторах, часто используются дорогие и коррозийные химикаты, чтобы электроды приобрели физические и химические свойства, необходимые для хорошей работы.

«Использование химикатов воздействует на среду», убежден ученый. „Этого стоит избегать или постараться максимально снизить эффект“.

Биоуголь Чжанг с коллегами активировали с помощью азотной кислоты, которая смыла пепел (карбонат кальция, карбонат калия и другие примеси). Побочный продукт данного процесса может использоваться с выгодой в качестве удобрений.

Такие простые подходы существенно сократят материальные и экологические затраты сборных суперконденсаторов.

«Материальные затраты в 5-10 раз ниже, чем в случае с суперконденсаторами на активированном угле», отметил Чжанг. Когда срок действия суперконденсатора на биоугле завершится, электроды можно использовать в качестве органического удобрения для почвы, что повысит ее плодородность.

«Эффективность наших материалов сопоставима с эффективностью современных передовых углеродных материалов, включая углеродные нанотрубки и графен», сказал Чжанг. „Сопоставимой эффективности мы можем достичь за намного меньшую цену и с меньшим объемом экозатрат“.