Nu hennep een comeback maakt in de VS na een decennialang verbod op de teelt, wetenschappers melden dat vezels van de plant net zoveel energie en kracht kunnen bevatten als grafeen, lang aangeprezen als het modelmateriaal voor supercondensatoren. Ze presenteren hun onderzoek, waaraan een Canadese start-up werkt aan opschaling, op de 248e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

David Mitlin, doctoraat, legt uit dat supercondensatoren energieopslagapparaten zijn die een enorm potentieel hebben om de manier waarop toekomstige elektronica wordt aangedreven te transformeren. In tegenstelling tot de oplaadbare batterijen van tegenwoordig, die gedurende enkele uren energie opzuigen, supercondensatoren kunnen binnen enkele seconden opladen en ontladen. Maar normaal gesproken kunnen ze niet zo veel energie opslaan als batterijen, een belangrijke eigenschap die bekend staat als energiedichtheid. Een benadering die onderzoekers volgen om de energiedichtheid van supercondensatoren te vergroten, is het ontwerpen van betere elektroden. Het team van Mitlin heeft ontdekt hoe ze ze kunnen maken van bepaalde hennepvezels - en ze kunnen evenveel energie bevatten als de huidige topkandidaat:grafeen.

"De elektrochemische prestaties van ons apparaat zijn vergelijkbaar met of beter dan op grafeen gebaseerde apparaten, ", zegt Mitlin. "Het belangrijkste voordeel is dat onze elektroden met een eenvoudig proces van bioafval zijn gemaakt, en daarom, zijn veel goedkoper dan grafeen."

De race naar de ideale supercondensator heeft zich grotendeels gericht op grafeen - een sterk, licht materiaal gemaakt van atoomdikke lagen koolstof, die, wanneer gestapeld, elektroden kunnen worden gemaakt. Wetenschappers onderzoeken hoe ze de unieke eigenschappen van grafeen kunnen benutten om betere zonnecellen te bouwen. de systemen van de waterfiltratie, touchscreen-technologie, evenals batterijen en supercondensatoren. Het probleem is dat het duur is.

De groep van Mitlin besloot om te kijken of ze grafeenachtige koolstoffen konden maken van hennepbastvezels. De vezels komen uit de binnenbast van de plant en worden vaak weggegooid uit de snelgroeiende industrieën in Canada die hennep gebruiken voor kleding, bouwmaterialen en andere producten. De VS zouden binnenkort een andere leverancier van bast kunnen worden. Het staat nu een beperkte teelt van hennep toe, die in tegenstelling tot zijn naaste neef, wekt geen high op.

Wetenschappers hadden lang vermoed dat de hennepbast meer waarde had - het was gewoon een kwestie van de juiste manier vinden om het materiaal te verwerken.

"We hebben zo'n beetje de geheime saus ervan ontdekt, " zegt Mitlin, die nu aan de Clarkson University in New York werkt. "De truc is om de structuur van een startmateriaal echt te begrijpen en af ​​te stemmen hoe het wordt verwerkt om je te geven wat met recht verbazingwekkende eigenschappen zou worden genoemd."

Zijn team ontdekte dat als ze de vezels 24 uur verwarmden op iets meer dan 350 graden Fahrenheit, en bestraalde het resulterende materiaal met meer intense hitte, het zou exfoliëren tot koolstof nanosheets.

Het team van Mitlin bouwde hun supercondensatoren met behulp van de van hennep afgeleide koolstoffen als elektroden en een ionische vloeistof als elektrolyt. Volledig samengesteld, de apparaten presteerden veel beter dan commerciële supercondensatoren in zowel de energiedichtheid als het temperatuurbereik waarover ze kunnen werken. De op hennep gebaseerde apparaten leverden energiedichtheden op tot 12 wattuur per kilogram, twee tot drie keer hoger dan commerciële tegenhangers. Ze werken ook over een indrukwekkend temperatuurbereik, van bevriezing tot meer dan 200 graden Fahrenheit.

"We zijn voorbij de proof-of-principle-fase voor de volledig functionele supercondensator, " zegt hij. "Nu maken we ons op voor kleinschalige productie."