Китайские исследователи нашли способ превратить сигаретные окурки в мощные устройства для хранения энергии. Команда университета Хэнань под руководством Лейчана Цао разработала технологию, которая позволяет превращать токсичный мусор в электроды для суперконденсаторов — устройств, способных очень быстро заряжаться и отдавать энергию. Исследование опубликовано в журнале Energy & Environment Nexus.
Фильтры в сигаретах сделаны из ацетата целлюлозы — такого вида пластика, который разлагается годами и отравляет почву тяжелыми металлами. Но ученых заинтересовала сама структура материала. Она оказалась идеальной для создания пористого углерода с большой поверхностью, что как раз важно для эффективного хранения энергии.
Ученые использовали метод гидротермальной карбонизации: они нагрели окурки до 700 °C и добавили специальное химическое вещество. Плотные углеродные частицы «раскрылись» и превратились в микроскопическую структуру, похожую на соты. Дополнительное введение азота и кислорода улучшило проводимость материала. В итоге получился материал с порами разного размера, а у ионов появилась возможность свободно перемещаться внутри структуры.
Эти электроды показали отличные результаты: их удельная емкость составила 344,91 Ф/г при токе 1 А/г. Но главное — долговечность: после 10 тыс. циклов зарядки и разрядки материал сохранил более 95 % своей исходной емкости. Для сравнения, батарея смартфона теряет прежние свойства уже через год-два активного использования. Низкое внутреннее сопротивление позволяет энергии быстро и без потерь проходить через материал.
Суперконденсаторы постепенно начинают вытеснять привычные литий-ионные батареи благодаря мгновенной зарядке и долгому сроку службы. Секрет их эффективности кроется в большой площади поверхности электродов и высокой проводимости — согласно новому исследованию, углерод из окурков обеспечивает нужный контакт для быстрого движения заряженных частиц.
Эта разработка может применяться во многих областях: для стабилизации электросетей, повышения эффективности рекуперативного торможения в электромобилях и питания портативных устройств. Китайские ученые отмечают, что их метод одновременно решает экологическую и технологическую задачи. Вместо вредного мусора получается высокотехнологичный материал, который может конкурировать с дорогими коммерческими аналогами.
Ранее мы писали о том, как долго никотин остается в организме.
