Ученые их университета Орегона предлагают использовать углекислый газ при производстве суперконденсаторов

05/12/2014

университет штата Орегон Химики и инженеры из университета штата Орегон обнаружили новый интересный способ использования атмосферного углекислого газа, который способствует так называемому "парниковому эффекту", для производства специального материала для продуктов хранения энергии.

Это нововведение в области нанотехнологий не использует достаточно углерода, чтобы решить проблему глобального потепления, говорят ученые. Тем не менее, оно обеспечит экологически чистый, недорогой способ получения нанопористого графена для использования в "суперконденсаторах" – устройствах, которые способны хранить и быстро отдавать энергию.

Эти результаты только что опубликованы в журнале Nano Energy учеными из колледжа науки Университета штата Огайо, инженерного колледжа, Аргоннской национальной лаборатории, Университета Южной Флориды и Национальной лаборатории энергетических технологий в Олбани, штат Орегон. Работа выполнена при поддержке университета штата Орегон.

Конечным результатом разработанной химической реакции получен нанопористый графен, форма углерода атомно-кристаллической структуры. Он имеет огромную удельную площадь поверхности – около 1900 квадратных метров на грамм материала. Из-за этого его электрическая проводимость, по крайней мере, в 10 раз выше, чем у активированного угля, который используется в настоящее время при производстве коммерческих суперконденсаторов.

«Есть и другие способы получения нанопористого графена, но этот метод более производителен, имеет незначительное воздействие на окружающую среду и меньше стоит, – говорит Дэвид Джи, доцент химии университета штата Орегон и ведущий автор исследования. – Продукт имеет высокую удельную поверхность, большую проводимость и, самое главное, довольно высокую плотность сопоставимую с плотностью коммерческих активированных углей».

«Источником углерода является двуокись углерода, неисчерпаемый устойчивой ресурс, – добавляет Джи. – Эта методика использует углекислый газ, делая продукты для накопления энергии, имеющие важное значение».

Поскольку используемые материалы недороги и процесс изготовление не сложен, этот метод может быть расширен для производства на коммерческом уровне. В химической реакции, описанной в этом исследовании, участвуют смесь магния и цинка – сочетание, примененное впервые. Они нагреваются до высокой температуры в присутствии потока диоксида углерода с получением контролируемой "металлотермической" реакции.

В результате реакции мы получаем оксиды металлов и нанопористый графен. Оксиды металлов в дальнейшем могут быть переработаны в их металлические формы, чтобы повысить эффективность производственного процесса.

Для сравнения, другие методы получения нанопористого графена часто используют агрессивные и токсичные химические вещества, в системах, которые сложно использовать в больших коммерческих масштабах.

«Большинство коммерческих углеродных суперконденсаторов используют в качестве электродов активированный уголь, а его электропроводность очень мала, – сказал Джи. – Более проводящий нанопористый графен будет работать гораздо лучше и решит главную проблему в создании мощных суперконденсаторов».

Суперконденсаторы представляют тип накопителей энергии, которые заряжаются гораздо быстрее, чем аккумуляторные батареи и способны накопить гораздо больше энергии. Они используются в любом типе устройства, требующем высокой скорости накопления энергии и короткое, но мощное энерговыделение. В настоящее время они используются в бытовой электронике, и находят применение в тяжелой промышленности.

Суперконденсаторы могут накапливать энергию, которая в противном случае тратится впустую, например, в процессе торможения, и их способность накопления энергии может использоваться чтобы "сгладить" поток мощности от альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра.

Нанопористые углеродные материалы также могут адсорбировать газовые примеси, работать в качестве экологических фильтров, или использоваться при очистке и опреснении воды. Использование этих материалов постоянно расширяется, и до сих пор было ограничено их высокой стоимостью, поэтому так важно появление более дешевой технологии их получения.