چین روغن زباله را به ابرخازن 86 درصد کارآمد برای خودروهای الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی تبدیل می‌کند
دانشمندان در چین ادعا کرده‌اند که به یک تحول اساسی دست یافته‌اند که ممکن است به کلی نحوه ذخیره‌سازی انرژی را تغییر دهد. آن‌ها توانسته‌اند روغن زباله را به ماده موثری برای ذخیره‌سازی انرژی تبدیل کنند.
با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی، ابرخازن‌ها به دلیل زمان شارژ و دشارژ سریع، برای کاربردهای با عملکرد بالا محبوب‌تر می‌شوند.
روش جدید محققان روشی پایدار برای ساخت این ابرخازن‌ها فراهم می‌کند و در عین حال به چالش‌های مدیریت زباله و ذخیره‌سازی انرژی نیز پرداخته می‌شود، بر اساس یک بیانیه مطبوعاتی از طرف آکادمی علوم چین (CAS).
دکتر سوین شو، یکی از محققان اصلی پروژه، در بیانیه مطبوعاتی گفت: “با استفاده از روغن زباله به عنوان پیش‌ماده، ما نه تنها زباله‌ها را به یک منبع با ارزش بازیافت می‌کنیم بلکه ماده‌ای برای ابرخازن‌ها با خواص الکتروشیمیایی برتر ایجاد می‌کنیم.”
“رویکرد ما ساختار متخلخل را بهینه می‌کند و با تزریق نیتروژن عملکرد ابرخازن‌ها را ارتقا می‌دهد، و امکان‌پذیری‌های جدیدی برای ذخیره‌سازی انرژی پایدار و با کارایی بالا را باز می‌کند.”
تبدیل زباله به گنج
تیم تحقیقاتی از دانشگاه علم و فناوری شانگهای و دانشگاه تونگجی رویکرد نوآورانه خود را برای تبدیل روغن زباله به مواد کربن با عملکرد بالا در نشریه اکتبر ارائه کرد.
آن‌ها با استفاده از ملِمین و اسید لینولئیک که روغن‌های زائد هستند، کربن‌های متخلخل هرمی را تولید کردند.
این مواد به‌ویژه به عنوان الکترودهای ابرخازن بسیار ارزشمند هستند زیرا سطح بزرگ و ابررسانایی دارند.
پس از گرم کردن مواد به دمای بالا، هیدروکسید پتاسیم (KOH) آن‌ها را فعال می‌کند. این کار منجر به ایجاد کربن‌های متخلخل هرمی با سطحی تا 3474.1 متر مربع بر گرم می‌شود که یک ویژگی حیاتی برای افزایش ظرفیت و عملکرد ذخیره‌سازی است.
علاوه بر این، مزوپورها که بیش از 70 درصد فضای متخلخل این کربن‌ها را تشکیل می‌دهند، به‌طور قابل توجهی کارایی انتقال یون‌ها را که برای ذخیره‌سازی انرژی ضروری است، افزایش می‌دهند.
این ابرخازن‌های متخلخل شامل مزوپورهایی بودند که 72.9٪ تا 77.3٪ از کل حجم حفره را تشکیل می‌دادند - که برای افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی و کارایی انتقال یون‌های مواد اساسی است.
ذخیره‌سازی انرژی پایدار برای خودروهای الکتریکی
این کشف نوآورانه نه تنها مسئله ذخیره‌سازی انرژی را حل می‌کند بلکه یک اقتصاد چرخشی را با استفاده مجدد از روغن زباله ترویج می‌دهد.
تیم با تبدیل روغن زباله به مواد مفید به کاهش زباله‌های محیطی کمک کرده و یک فناوری کارآمد و منبع‌پایه ایجاد می‌کند.
کربن‌های متخلخل هرمی بهبود یافته عملکرد ابرخازن بسیار قابل توجهی نشان می‌دهند و “راهی برای سیستم‌های انرژی سبزتر و کارآمدتر در سراسر جهان” و افزایش ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر فراهم می‌کنند.
تزریق نیتروژن که با ملِمین تسهیل می‌شود، رسانایی را بهبود می‌بخشد و سایت‌های فعال در چارچوب کربن ایجاد می‌کند و واکنش‌پذیری الکتروشیمیایی را افزایش می‌دهد.
در نتیجه، کربن‌های متخلخل با ظرفیت خاص 430.2 فاراد بر گرم و نرخ نگهداری 86.5 درصد پس از 2000 چرخه شارژ/دشارژ به دست آمدند.
این کشف می‌تواند به آینده‌ای پاک‌تر و کارآمدتر از نظر انرژی منجر شود که در آن مواد زائد به منابع قدرتمندی برای سیستم‌های انرژی پایدار تبدیل می‌شوند و کاربردهایی در خودروهای الکتریکی (EVs)، ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر و سایر فناوری‌های پیشرفته دارند.
چکیده مطالعه
ساختار متخلخل منطقی و گروه‌های کارکردی سطحی فراوان کربن‌های متخلخل هرمی (HPCs) برای کاربرد عملی آن‌ها در ابرخازن‌ها اهمیت دارد. اسید لینولئیک و ملِمین جامد به خوبی مخلوط شدند و تحت کربونیزاسیون تحت فشار خودجوش در دماهای بالا (CAPET) و فعال‌سازی KOH قرار گرفتند تا HPCs به طور یکنواخت N-دوپ شده تولید شود. ساختار و خواص شیمیایی سطح با تنظیم نسبت دوپ کردن N کنترل می‌شود. این تنظیم به رسانایی بالا، سطح‌های قابل دسترسی توسط یون فراوان، متخلخل‌های هرمی با کانال‌های میکرو-مزوپور مناسب و هترواتم‌های N و O منجر می‌شود. افزودن ملِمین به طور چشمگیری سطح را به 3474.1 متر مربع بر گرم و نسبت حجم مزوپور را به 72.9%‒77.3% در HPCs افزایش داد. ساختار کریستالی و گروه‌های کارکردی HPCs با دیفرکتومتر اشعه ایکس، رامان طیف‌سنجی و فوتوالکترون اشعه ایکس طیف‌سنجی نشان داده شد، که LA-HPCs-N0.5 را به عنوان یک ماده الکترود امیدوارکننده برای ابرخازن‌ها معرفی می‌کند. این ماده عملکرد عالی ظرفیت ذخیره‌سازی و پایداری چرخه‌ای را با ظرفیت خاص 430.2 F g−1 در 1 A g−1 در سیستم الکترولیت KOH 6 mol L−1 نشان داد. نرخ نگهداری ظرفیت پس از 2000 چرخه شارژ و دشارژ در 10 A g−1، 86.5% بود. این مطالعه موفقیت‌آمیز بودن آماده‌سازی بدون قالب HPCs دوپ شده با N از روغن زباله را ثابت کرده که از منظر اقتصادی و پایداری قابل اجرا است.
