Atmosfærisk kuldioxid, der bruges til energilagringsprodukter

Kemikere og ingeniører ved Oregon State University har opdaget en fascinerende ny måde at tage noget af det atmosfæriske kuldioxid, der forårsager drivhuseffekten og bruge det til at lave en avanceret, materiale af høj værdi til brug i energilagringsprodukter.

Denne innovation inden for nanoteknologi vil ikke opsuge nok kulstof til at løse den globale opvarmning, siger forskere. Imidlertid, det vil give en miljøvenlig, billig måde at lave nanoporøs grafen til brug i "superkapacitorer" - enheder, der kan lagre energi og frigive den hurtigt.

Sådanne enheder bruges i alt fra tung industri til forbrugerelektronik.

Resultaterne blev netop offentliggjort i Nano energi af forskere fra OSU College of Science, OSU College of Engineering, Argonne National Laboratory, University of South Florida og National Energy Technology Laboratory i Albany, Malm. Arbejdet blev understøttet af OSU.

I den kemiske reaktion, der blev udviklet, slutresultatet er nanoporøst grafen, en form for kulstof, der er ordnet i sin atomiske og krystallinske struktur. Det har et enormt specifikt overfladeareal på omkring 1, 900 kvadratmeter pr. Gram materiale. På grund af det, den har en elektrisk ledningsevne, der er mindst 10 gange højere end det aktive kul, der nu bruges til at fremstille kommercielle superkapacitorer.

"Der er andre måder at fremstille nanoporøst grafen på, men denne tilgang er hurtigere, har ringe miljøpåvirkning og koster mindre, "sagde Xiulei (David) Ji, en OSU -assisterende professor i kemi i OSU College of Science og hovedforfatter på undersøgelsen. "Produktet udviser et højt overfladeareal, stor ledningsevne og mest vigtigt, den har en temmelig høj densitet, der kan sammenlignes med de kommercielt aktiverede carbonatomer.

"Og kulkilden er kuldioxid, som er en bæredygtig ressource, mildest talt, "Ji sagde." Denne metode bruger rigeligt kuldioxid, samtidig med at der laves energilagringsprodukter af betydelig værdi. "

Fordi de involverede materialer er billige, og fremstillingen er enkel, denne tilgang har potentiale til at blive opskaleret til produktion på kommercielt niveau, Sagde Ji.

Den kemiske reaktion skitseret i denne undersøgelse involverede en blanding af magnesium og zinkmetaller, en kombination opdaget for første gang. Disse opvarmes til en høj temperatur i nærvær af en strøm af carbondioxid for at frembringe en kontrolleret "metallotermisk" reaktion. Reaktionen konverterede grundstofferne til deres metaloxider og nanoporøs grafen, en ren form for kulstof, der er bemærkelsesværdigt stærk og effektivt kan lede varme og elektricitet. Metaloxiderne kunne senere genbruges i deres metalliske former for at gøre en industriel proces mere effektiv.

Til sammenligning, andre metoder til at fremstille nanoporøs grafen bruger ofte ætsende og giftige kemikalier, i systemer, der ville være udfordrende at bruge på store kommercielle niveauer.

"De fleste kommercielle carbon -superkapacitorer bruger nu aktivt kul som elektroder, men deres elektriske ledningsevne er meget lav, "Ji sagde." Vi ønsker hurtig energilagring og frigivelse, der vil levere mere strøm, og til det formål vil det mere ledende nanoporøse grafen fungere meget bedre. Dette løser et stort problem med at skabe mere kraftfulde superkapacitorer. "

En superkondensator er en type energilagringsenhed, men det kan oplades meget hurtigere end et batteri og har meget mere strøm. De bruges mest i enhver type enhed, hvor hurtig strømopbevaring og kort, men kraftig energifrigivelse er nødvendig.

De bruges i forbrugerelektronik, og har applikationer i tung industri, med evnen til at drive alt fra en kran til en gaffeltruck. En superkondensator kan fange energi, der ellers kan gå til spilde, f.eks. ved bremsning. Og deres energilagringsevner kan hjælpe med at "udjævne" strømmen fra alternative energisystemer, såsom vindenergi.

De kan drive en hjertestarter, åbne nødrutschebaner på et fly og i høj grad forbedre effektiviteten af ​​hybridelektriske biler. Nanoporøse kulstofmaterialer kan også adsorbere gasforurenende stoffer, arbejde som miljøfiltre, eller bruges til vandbehandling. Anvendelserne udvides konstant og er hovedsageligt begrænset af deres omkostninger.