Большинство людей в мире уже вряд ли могут представить свою жизнь без электричества. Поэтому поиск новых источников энергии и её накопителей – аккумуляторов, конденсаторов и прочего, со временем только набирает обороты.
В основе работы большинства традиционных электрических аккумуляторов лежат обратимые химические реакции. Они позволяют хранить большой объём энергии, но требуют длительной зарядки. В отличие от них, конденсаторы (устройства для накопления заряда и энергии электрического поля) могут заряжаться и отдавать энергию с большой скоростью, но пока, к сожалению, способны оперировать лишь небольшим её объёмом.
В поиске новых способов накопления энергии учёные пришли к изобретению суперконденсаторов или ионисторов. По сути, они представляют собой гибрид конденсатора и химического источника тока. В конструкции некоторых из них в качестве электрода используются различные формы пористого углерода. Дело в том, что площадь поверхности в таком материале во много раз больше, чем, например, у алюминиевого стержня, что позволяет хранить заряд практически в любом объёме.
Во многих коммерческих суперконденсаторах используется уголь, полученный из скорлупы кокосовых орехов. Этот материал, хоть и довольно дёшев, но ресурс его всё-таки ограничен. В качестве альтернативы на роль углеродного электрода предлагался и графен. Но пока высокая стоимость этого технологичного материала не может позволить использовать его в массовом производстве. То есть поиск новых дешёвых источников пористого углерода по-прежнему не потерял своей актуальности.
Идея с использованием офисной макулатуры в качестве материала для угольных электродов пришла в голову доктору Сатишчандре Огале (Satishchandra Ogale) из Национальной химической лаборатории в Индии, когда он убирался на своём столе в офисе.
Позднее его команда уже резала белую бумагу на мелкие полоски и подвергала их многоступенчатой гидротермальной обработке с последующим пиролизом (термическое разложение при недостатке кислорода). В результате был получен пористый углеродный материал, буквально пронизанный микроскопическими структурами. То есть одновременно в нём присутствовали поры макро- (более 50 нм), мезо- (от 2 до 50 нм) и микро- (менее 2 нм) размеров.
В статье, опубликованной авторами работы в журнале Small, сообщается, что итоговая площадь удельной поверхности углеродного материала составила 2341 м2/г. Дальнейшие исследования показали, что изготовленные с его использованием суперконденсаторы, включающие также ионный жидко-полимерный гелевый электролит, демонстрируют очень высокую производительность.
Специалисты считают, что такой способ утилизации макулатуры менее экономичен, чем традиционные. Однако, если технология окажется жизнеспособной, то она вполне найдёт своё место в хранении энергии, полученной от ветряных электростанций, или пригодится для зарядки электромобилей.
Также по теме:
Нанотехнологии помогут сохранять энергию в проводах
Графен проводит электричество в 10 раз лучше, чем предсказывала теория
Лампочки SmartCharge будут гореть даже при отключенном электричестве
Японцы придумали, как заряжать электромобили прямо от дороги
Ученые всего мира работают над созданием новых батареек
