Из щепы научились делать суперконденсаторы

Обыкновенный древесный уголь, образующийся при сжигании малоценных древесных отходов, может быть хорошим сырьем для производства суперконденсаторов. Группа американских исследователей выяснила, что такой материал не уступает специальному активированному углю и при этом стоит в десятки раз дешевле. Подробности со ссылкой на статью ученых в Electrochimica Acta и материалы, предоставленные университетом Иллинойса, приводит Phys.org.

Сотрудники Центра устойчивых технологий при университете попытались использовать в качестве электродов для суперконденсаторов уголь, полученный при сжигании древесных отходов. Для этого фрагменты древесины березы, сосны и красного кедра нагревали до 750 градусов по Цельсию, причем без какой-то дополнительной обработки. Полученные кусочки угля использовались в экспериментах целиком и с их помощью ученым удалось построить суперконденсатор, который накопил достаточно энергии для свечения светодиодного фонаря.

Измерения показали, что простой кусок древесного угля может стать электродом для конденсатора с емкостью порядка 14 фарад на грамм массы. Если же уголь обработать слабым раствором азотной кислоты, HNO₃, то верхний предел удельной емкости вырастает в восемь раз, до 115 фарад на грамм. Кроме того, предварительные испытания, в ходе которых суперконденсаторы из угля перезарядили более пяти тысяч раз без значительного снижения их емкости, показали пригодность нового метода к долговременной эксплуатации.

Ученые не уточнили название видов, древесину которых использовали в опытах: и если с сосной и березой особых разночтений не возникает, то вот под «красным кедром», red cedar, обозначается как вирджинский можжевельник, так и складчатая туя, причем в Австралии растет еще один «кедр» Toona ciliata, который относится к семейству мелиевых.

Исследователи подчеркивают, что ключевым достоинством их метода является не просто дешевизна сырья, а сочетание низкой стоимости материалов с простотой обработки. В настоящее время суперконденсаторы с электродами на основе активированного угля серийно производятся с использованием кокосовой стружки, но для активации уголь требуется обрабатывать различными химикатами, которые затем подлежат утилизации. Использованная изобретателями промывка слабой азотной кислотой тоже предполагает получение раствора зол в кислоте (эффект повышения емкости ученые связали с вымыванием из угля солей кальция и других примесей), однако подобный раствор, по заверениям авторов новой технологии, является готовым сырьем для производства удобрений, а не опасными химическими отходами.

Суперконденсаторы, они же ионисторы, позволяют накапливать очень большой заряд на единицу объема. Плотность хранения энергии у них меньше, чем у аккумуляторов, но зато ионисторы быстро отдают заряд и столь же быстро его накапливают. Это позволяет использовать их как источник энергии для вспышек в фотоаппаратах, для питания троллейбусных моторов при проезде участков без контактной сети, а также везде, где быстрота накопления и отдачи энергии важнее емкости как таковой.