Конопените влакна от лико превъзхождат графена в съхраняването на енергия

Отпадъчните влакна на конопените култури могат да бъдат трансформирани в устройства за съхранение на енергия с висока производителност, твърдят учени.

„Хората ме питат: защо коноп, а аз отговарям, защо не?“, казва д-р Дейвид Митлин от Университета Кларксън, Ню Йорк, който описва устройство си в публикация на Американското химическо общество – ACS Nano.

Екипът на д-р Митлин превръща конопените влакна в суперкондензатори „с равни или по-добри качества от тези на графена“ – златния стандарт в тази индустрия. Представянето на откритието си, екипът прави по време на 248-тo заседание и експозиция на ACS, където са представени повече от 12,000 презентации на различни теми, а тази свързана с конопа е една от презентациите, които получават най-много медийно внимание поради своята значимост.

Електрическите автомобили и електрическите инструменти биха могли да се възползват от тази конопена технология, твърдят изследователите. Те представиха работата си по време на срещата на Американското химическо общество (най-голямото научно общество в света) в Сан Франциско август месец 2014 година.

„Конопът, който използваме расте напълно законно, защото не съдържа тетрахидроканабинол-ТХК, така че няма опасност от развиване на каквито и да е развлекателни дейности.“ В страни като Китай, Канада и Великобритания, коноп може да се отглежда индустриално за дрехи и строителни материали. Отломките на ликото, вътрешната кора, обикновено завършват като отпадък.

Екипът на д-р Митлин отделя тези отломки и ги рециклира в суперкондензатори – устройства за съхранение на енергия, като по този начин трансформират начина, по който електрониката се захранва.

Д-р Дейвид Митлин: „Това е отпадъчен продукт, който търси приложение с добавена стойност. Хората почти плащат, за да го вземе някой.“

Конвенционалните батерии съхраняват големи резервоари от енергия и бавно я изразходват, докато суперкондензаторите могат бързо да изразходят целия си капацитет. Те са идеални за машини, които разчитат на резки изблици от енергия. В електрическите автомобили суперкондензатори се използват за регенеративно спиране. Освобождаването на енергия по този начин изисква електроди с висока повърхностна площ – едно от многото феноменални свойства на графена, по-силен от диамант, по-проводим от медта и по-гъвкав от каучука този „материал-чудо“ е инвестиция за 50 милиона паунда на британския канцлер Джордж Осбърн.

Докато този въглероден монослой е материал с огромен потенциал за търговски суперкондензатори, производството му се оказва твърде скъпо. Намирането на евтини, устойчиви алтернативи е специалността на бившата изследователска група на д-р Митлин в Университета в Алберта, Канада. Те са експериментирали с най-различни биологични отпадъци – от торф до яйца. Съвсем наскоро, те превръщат обелки от банан в батерии.

„Могат да се направят много интересни неща с био-отпадъци. Ние сме мислили доста по този въпрос“, казва д-р Митлин. Номерът е да се изработи точното растително влакно за съответното електрическо устройство – според органичната структура.

„Банановите обелки можете да превърнете в плътен блок от въглерод – ние го наричаме псевдо-графит, а това е чудесно за натриево йонни батерии“, обяснява той. „Но, ако се вгледате в конопените влакна, тяхната структура е точно обратното – тя прави листове с висока повърхностна площ, а това е много благоприятно за суперкондензаторите.“

Първата стъпка е да се „сготви”- почти като с тенджера под налягане. Това се нарича хидротермален синтез. „След като се разтвори лигнина и полуцелулозата се отделят тези въглеродни нанолисти – псевдографената структура.“

Чрез изработване на тези листове в електроди и добавяне на йонна течност като електролит, екипът създава суперкондензатори, които работят в широк диапазон от температури и висока енергийна плътност.

Директни сравнения с конкурентните устройства са усложнени от разнообразието от мерки за изпълнение, но екипът определя устройството като „равно или по-добро в изпълнението, отколкото търговските устройства от графенова технология.“

„В много висока плътност на мощността от 20 кВт/кг (киловат на килограм) и температури от 20, 60 и 100°С, плътността на енергията е съответно 19, 34, и 40 Wh/кг (ватчасове на килограм).“ Напълно функциониращо, енергийната плътност, която достигат с устройството си е 12 Wh/кг, което може да бъде постигнато за по-малко от шест секунди.

„Очевидно конопът не може да направи всички неща, които графена може“, д-р Митлин признава. „Но, за съхранение на енергия, работи също толкова добре и струва една хилядна от графена.“

След като е установено, че устройството работи, стартиращата компания на д-р Митлин Alta Supercaps се надява да започне производство в малък мащаб. Компанията планира да продава устройства на петролената и газовата промишленост – където експлоатацията с висока температура е ценен актив.

Смяната му на местожителство в САЩ съвпада и с промяната в регулаторните нагласи – с признаци, че конопената култура може би се завръща. В Китай конопът е широко култивиран, а в Канада производството на текстил нараства.

„Петдесет мили надолу по пътя от дома ми в Алберта, Канада има земеделско съоръжение за преработка на коноп и всичките влакна от лико просто си седят и не знаят какво да направят с тях“, казва д-р Митлин пред BBC News. Ако технологията наистина се разрасне – това може да помогне на икономиката, твърди той.

Това е една изключителна култура, която може да се отглежда навсякъде.

Д-р Митлин: „Голяма част от земеделските производители ще бъдат развълнувани от идеята да отглеждат коноп.“


Вижте също...