تبدیل فیلتر سیگار به ماده‌ای برای ذخیره انرژی!

یک تیم تحقیقاتی چینی موفق شده است ته سیگار را به ماده‌ای با کارایی بالا برای ذخیره انرژی تبدیل کند.

به گزارش ایسنا، ته‌سیگارها یک مشکل بزرگ زیست‌محیطی هستند، اما محققان چینی اکنون در حال تبدیل این زباله‌ها به اجزای با کارایی بالا برای ذخیره انرژی پایدار هستند.

این زباله‌ها که عمدتاً از «سلولز استات»(نوعی پلاستیک) تشکیل شده‌اند، سال‌ها طول می‌کشد تا تجزیه شوند و فلزات سنگین را به خاک نشت می‌دهند. با این حال، دقیقاً همین ساختار پلیمری است که آنها را به معدنی از طلا برای مهندسان تبدیل می‌کند.

اکنون تیمی از دانشگاه هنان(Henan) در چین راهی برای استفاده از ته سیگار در طراحی ابرخازن‌ها پیدا کرده است. در واقع این زباله‌های خطرناک به «الکترودهای کربنی نانومتخلخل پیشرفته» تبدیل شدند.

محققان در بیانیه مطبوعاتی خود خاطرنشان کردند: دستگاه‌های حاصل، چگالی انرژی و توان بالایی را در کنار پایداری طولانی‌مدت استثنایی نشان می‌دهند که ترکیبی نادر از اصلاح محیط زیست و ارزش فناوری را برجسته می‌کند.

ابرخازن‌های مشتق‌شده از زباله

محققان ته سیگارهای دور ریخته‌شده که عمدتاً از سلولز و سلولز استات ساخته شده‌اند را به عنوان یک پیش‌ساز زیست‌توده ایده‌آل و کم‌هزینه شناسایی کرده‌اند.

این زباله‌های خطرناک پس از پردازش به کربن‌های متخلخل پیشرفته تبدیل می‌شوند که سطح بالایی را که برای ذخیره‌سازی انرژی برتر لازم است، فراهم می‌کنند.

این تیم به رهبری لیچانگ کائو(Leichang Cao)، از فرآیندی به نام «کربنیزاسیون هیدروترمال» برای تبدیل زباله‌های سمی به اجزای انرژی با فناوری پیشرفته استفاده کرد.

دانشمندان با گرم کردن زباله‌ها تا دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد با یک ماده شیمیایی، کُره‌های کربنی متراکم را مانند ذرت بو داده باز کردند. این کار یک ساختار لانه زنبوری میکروسکوپی و سه‌بعدی با مساحت سطحی عظیم ایجاد کرد.

این معماری منحصر به فرد، با همراهی نیتروژن و اکسیژن برای بهبود رسانایی، این ماده را قادر کرد تا به ظرفیت خازنی ویژه بالایی دست یابد.

این ماده همچنین فوق‌العاده مقاوم است و حتی پس از ۱۰ هزار بار شارژ و تخلیه شارژ، همچنان بیش از ۹۵ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ می‌کند. برخلاف باتری گوشی‌های هوشمند که پس از یک یا دو سال فرسوده می‌شود، این ماده برای دوام بیشتر ساخته شده است.

در این بیانیه مطبوعاتی توضیح داده شده است: آزمایش‌های الکتروشیمیایی مربوطه در یک سیستم سه الکترودی نشان داد که CNPB-700-4 بالاترین ظرفیت خازنی ویژه را با نرخ عالی و مقاومت داخلی پایین، با حفظ ظرفیت خازنی ۹۵.۴۴ درصد پس از ۱۰ هزار چرخه شارژ ارائه می‌دهد.

کاهش ضایعات

در نهایت، این روش ثابت می‌کند که کنترل دقیق شیمیایی می‌تواند الکترودهای پایداری را تولید کند که با جایگزین‌های تجاری گران‌قیمت رقابت می‌کنند یا از آنها بهتر عمل می‌کنند.

با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پایدار، باتری‌های لیتیوم-یونی استاندارد توسط ابرخازن‌ها به چالش کشیده می‌شوند.

گفته می‌شود که این باتری جدید از طریق ذخیره بار الکترواستاتیکی، شارژ سریع‌تر و طول عمر بیشتری را ارائه می‌دهد. راز موفقیت آن نیز در ماده الکترود نهفته است؛ به طور خاص، مساحت سطح و رسانایی آن مد نظر است.

از آنجا که کربن جدید مشتق شده از ته‌سیگار دارای چنین مساحت سطح عظیمی است، به یون‌ها اجازه می‌دهد تا با سرعت برق‌آسا وارد و خارج شوند.

این پژوهش ثابت می‌کند که ته‌سیگارها که زمانی فقط یک ماده سمی زیست‌محیطی بودند، می‌توانند به عنوان یک منبع با ارزش بالا برای آینده در نظر گرفته شوند.

این ابرخازن‌های بازیافتی برای کارهای پرسرعت مانند تثبیت شبکه‌های برق، افزایش عملکرد ترمز خودروهای برقی و تأمین انرژی گجت‌های قابل حمل عالی هستند.

این مطالعه در مجله Energy & Environment Nexus منتشر شده است.

*