В условиях эскалации глобального энергетического кризиса потребность в высокопроизводительных решениях по хранению энергии становится более острой, чем когда-либо. Суперконденсаторы, известные своими быстрыми скоростями заряда/разряда и более длительным сроком службы по сравнению с традиционными батареями, стали критически важным компонентом будущих энергетических систем.

Однако для удовлетворения растущего спроса суперконденсаторам требуются высококачественные электродные материалы, которые обеспечивают баланс между проводимостью и большой площадью поверхности — область, в которой многие обычные материалы не справляются. Эти проблемы побудили ученых исследовать передовые углеродные материалы со сложными пористыми структурами и стратегически размещенными атомами азота , процесс, известный как гетероатомное легирование.

В исследовании, опубликованном в журнале Waste Disposal & Sustainable Energy 18 октября 2024 года, исследователи из Шанхайского университета науки и технологий и Университета Тунцзи представили инновационный метод изготовления иерархических пористых углей (HPC), легированных азотом, из отработанного масла.

Их подход, который использует карбонизацию под аутогенным давлением при повышенных температурах (CAPET) и активацию гидроксида калия (KOH), продемонстрировал существенные улучшения в площади поверхности, пористости и эффективности хранения энергии . Этот процесс превращает отработанное масло в ценный материал со свойствами, специально разработанными для электродов суперконденсаторов, предлагая многообещающее и устойчивое решение для индустрии хранения энергии.

Исследовательская группа выбрала линолевую кислоту (содержащуюся в отработанных маслах) и меламин в качестве источников углерода и азота соответственно. После нагревания материалов до 600°C и обработки их KOH исследователи получили HPC с впечатляющей площадью поверхности до 3474,1 м 2 /г.

Эти HPC характеризовались мезопорами, составляющими от 72,9% до 77,3% от общего объема пор, что имеет важное значение для повышения емкости хранения материала и эффективности переноса ионов. Легирование азотом, осуществляемое с помощью меламина, улучшило проводимость и ввело активные центры в углеродный каркас, что повысило электрохимическую реактивность.

В результате HPC достигли удельной емкости 430,2 Ф г −1 с коэффициентом сохранения 86,5% после 2000 циклов заряда/разряда.

«Используя отработанное масло в качестве прекурсора, мы не только перерабатываем отходы в ценный ресурс, но и создаем материал для суперконденсаторов с исключительными электрохимическими свойствами», — сказал доктор Суюн Сюй, ведущий научный сотрудник проекта.

«Наш подход оптимизирует структуру пор и использует легирование азотом для повышения производительности суперконденсаторов, открывая новые возможности для устойчивого и высокоэффективного хранения энергии».

Потенциальные приложения этого исследования выходят за рамки лаборатории, предлагая возможности для энергетических технологий в круговой экономике. Перепрофилируя отработанное масло в высокопроизводительный углеродный материал, этот метод сокращает отходы окружающей среды, поддерживая при этом экологичные и экономичные решения по хранению энергии.

Улучшенные характеристики суперконденсаторов HPC делают их пригодными для использования в электромобилях , системах хранения возобновляемой энергии и других современных приложениях, прокладывая путь к более экологичным и эффективным энергетическим системам по всему миру.

По мере развития энергетического ландшафта подобные инновации открывают многообещающий взгляд в будущее, в котором отходы преобразуются в ресурсы, гарантируя сосуществование устойчивости и высокопроизводительных технологий.