Chemici en ingenieurs van de Oregon State University hebben een fascinerende nieuwe manier ontdekt om een ​​deel van de atmosferische kooldioxide die het broeikaseffect veroorzaakt, op te nemen en te gebruiken om een ​​geavanceerde, hoogwaardig materiaal voor gebruik in energieopslagproducten.

Deze innovatie in nanotechnologie zal niet genoeg koolstof opnemen om de opwarming van de aarde op te lossen, zeggen onderzoekers. Echter, het zorgt voor een milieuvriendelijke, goedkope manier om nanoporeus grafeen te maken voor gebruik in "supercondensatoren" - apparaten die energie kunnen opslaan en snel kunnen afgeven.

Dergelijke apparaten worden in alles gebruikt, van de zware industrie tot consumentenelektronica.

De bevindingen zijn zojuist gepubliceerd in Nano-energie door wetenschappers van het OSU College of Science, OSU College of Engineering, Argonne Nationaal Laboratorium, de Universiteit van Zuid-Florida en het National Energy Technology Laboratory in Albany, Erts. Het werk werd ondersteund door OSU.

In de chemische reactie die werd ontwikkeld, het eindresultaat is nanoporeus grafeen, een vorm van koolstof die geordend is in zijn atomaire en kristallijne structuur. Het heeft een enorm specifiek oppervlak van ongeveer 1, 900 vierkante meter per gram materiaal. Daarom, het heeft een elektrische geleidbaarheid die minstens 10 keer hoger is dan de actieve kool die nu wordt gebruikt om commerciële supercondensatoren te maken.

"Er zijn andere manieren om nanoporeus grafeen te fabriceren, maar deze aanpak is sneller, heeft weinig impact op het milieu en kost minder, " zei Xiulei (David) Ji, een OSU-assistent-professor scheikunde aan het OSU College of Science en hoofdauteur van het onderzoek. "Het product heeft een groot oppervlak, grote geleidbaarheid en, het belangrijkste, het heeft een vrij hoge dichtheid die vergelijkbaar is met de commerciële actieve kool.

"En de koolstofbron is koolstofdioxide, wat een duurzame hulpbron is, op zijn zachtst gezegd, "Zei Ji. "Deze methode maakt gebruik van overvloedige kooldioxide terwijl energieopslagproducten van aanzienlijke waarde worden gemaakt."

Omdat de betrokken materialen goedkoop zijn en de fabricage eenvoudig, deze aanpak heeft het potentieel om te worden opgeschaald voor productie op commercieel niveau, zei Ji.

De chemische reactie die in dit onderzoek wordt beschreven, omvatte een mengsel van magnesium- en zinkmetalen, een combinatie die voor het eerst werd ontdekt. Deze worden verwarmd tot een hoge temperatuur in aanwezigheid van een stroom kooldioxide om een ​​gecontroleerde "metallotherme" reactie te produceren. De reactie zette de elementen om in hun metaaloxiden en nanoporeus grafeen, een pure vorm van koolstof die opmerkelijk sterk is en warmte en elektriciteit efficiënt kan geleiden. De metaaloxiden kunnen later weer in hun metallische vorm worden gerecycled om een ​​industrieel proces efficiënter te maken.

Ter vergelijking, andere methoden om nanoporeus grafeen te maken gebruiken vaak bijtende en giftige chemicaliën, in systemen die een uitdaging zouden zijn om op grote commerciële niveaus te gebruiken.

"De meeste commerciële koolstofsupercondensatoren gebruiken nu actieve koolstof als elektroden, maar hun elektrische geleidbaarheid is erg laag, Ji zei. "We willen snelle energieopslag en -afgifte die meer kracht zal leveren, en daarvoor zal het meer geleidende nanoporeuze grafeen veel beter werken. Dit lost een groot probleem op bij het creëren van krachtigere supercondensatoren."

Een supercondensator is een soort energieopslagapparaat, maar hij kan veel sneller worden opgeladen dan een batterij en heeft veel meer vermogen. Ze worden meestal gebruikt in elk type apparaat waar snelle stroomopslag en korte, maar er is een krachtige energieafgifte nodig.

Ze worden gebruikt in consumentenelektronica, en hebben toepassingen in de zware industrie, met de mogelijkheid om alles aan te drijven, van een kraan tot een vorkheftruck. Een supercondensator kan energie opvangen die anders verloren zou gaan, zoals bij het remmen. En hun vermogen om energie op te slaan kan helpen om de stroom van alternatieve energiesystemen te "versoepelen", zoals windenergie.

Ze kunnen een defibrillator van stroom voorzien, open de noodglijbanen van een vliegtuig en verbeter de efficiëntie van hybride elektrische auto's aanzienlijk. Nanoporeuze koolstofmaterialen kunnen ook gasverontreinigende stoffen adsorberen, werken als milieufilters, of worden gebruikt in waterbehandeling. Het gebruik wordt voortdurend uitgebreid en is vooral beperkt door de kosten ervan.