Представляя свои результаты сегодня, 5 августа 2014 года, в журнале IOP Publishing Nanotechnology, исследователи продемонстрировали превосходные характеристики материала по сравнению с коммерчески доступными углеродом, графеном и углеродными нанотрубками.Есть надежда, что этот материал можно будет использовать для покрытия электродов суперконденсаторов — электрохимических компонентов, которые могут накапливать чрезвычайно большое количество электроэнергии, — а также он предложит решение растущей экологической проблемы, вызванной использованными фильтрами сигарет.
По оценкам, ежегодно во всем мире в окружающую среду выбрасывается 5,6 триллиона использованных сигарет, или 766 571 метрическая тонна.Соавтор исследования профессор Чжон Хеоп И из Сеульского национального университета сказал: «Наше исследование показало, что использованные сигаретные фильтры можно превратить в высокоэффективный углеродный материал с помощью простого одноэтапного процесса, который одновременно предлагает зеленое решение для удовлетворения энергетических потребностей общества.
«Многие страны разрабатывают строгие правила, чтобы избежать триллионов токсичных и не поддающихся биологическому разложению сигаретных фильтров, которые ежегодно выбрасываются в окружающую среду — наш метод — лишь один из способов добиться этого».Углерод — самый популярный материал, из которого состоят суперконденсаторы, благодаря его низкой стоимости, большой площади поверхности, высокой электропроводности и долговременной стабильности.
Ученые всего мира в настоящее время работают над улучшением характеристик суперконденсаторов, таких как плотность энергии, удельная мощность и стабильность цикла, одновременно пытаясь снизить производственные затраты.В своем исследовании исследователи продемонстрировали, что волокна ацетата целлюлозы, из которых в основном состоят сигаретные фильтры, могут быть преобразованы в материал на основе углерода с помощью простой одноступенчатой техники сжигания, называемой пиролизом.
В результате этого процесса горения полученный материал на основе углерода содержал множество крошечных пор, что увеличивало его характеристики как сверхемкостного материала.«Высокопроизводительный материал суперконденсатора должен иметь большую площадь поверхности, чего можно достичь, включив в материал большое количество мелких пор», — продолжил профессор Йи.«Комбинация пор различных размеров гарантирует, что материал имеет высокую плотность мощности, что является важным свойством суперконденсатора для быстрой зарядки и разрядки».
После изготовления углеродный материал прикрепляли к электроду и тестировали в трехэлектродной системе, чтобы увидеть, насколько хорошо материал может адсорбировать ионы электролита (заряд), а затем высвобождать ионы электролита (разряд).Материал накапливал больше электроэнергии, чем коммерчески доступный углерод, а также имел больший запас энергии по сравнению с графеном и углеродными нанотрубками, как сообщалось в предыдущих исследованиях.