Они «приготовили» кору каннабиса в углеродные нанолисты и построили суперконденсаторы «наравне с графеном или лучше» — это золотой стандарт отрасли.
Американские исследователи считают, что электромобили и электроинструменты могут использовать эту технологию из конопли.
Они представили свою работу на заседании Американского химического общества в Сан-Франциско.
«Меня спрашивают: почему конопля? Я говорю, а почему бы и нет? — сказал доктор Дэвид Митлин из Университета Кларксона, Нью-Йорк, описывая свое устройство в журнале ACS Nano.
«Мы производим графеноподобные материалы за тысячную часть цены — и делаем это с отходами.
«Конопля, которую мы используем, совершенно законна для выращивания. В нем вообще нет ТГК — так что нет никакого дублирования с любыми развлекательными мероприятиями ».
В странах, включая Китай, Канаду и Великобританию, коноплю можно выращивать в промышленных масштабах для производства одежды и строительных материалов.
Но оставшееся лубяное волокно — внутренняя кора — обычно оказывается на свалке.
Обычные батареи накапливают большие запасы энергии и медленно подают ее, тогда как суперконденсаторы могут быстро разряжать всю свою нагрузку.
Они идеально подходят для машин, в которых используются резкие всплески мощности. В электромобилях, например, для рекуперативного торможения используются суперконденсаторы.
Для высвобождения этого потока необходимы электроды с большой площадью поверхности — одно из многих феноменальных свойств графена.
Более прочный, чем алмаз, более проводящий, чем медь, и более гибкий, чем резина, «чудо-материал» стал объектом инвестиций канцлера Великобритании Джорджа Осборна в размере 50 миллионов фунтов стерлингов.
Но хотя этот монослой углерода является современным материалом для коммерческих суперконденсаторов, его производство непомерно дорогое.
Поиск дешевых и экологически безопасных альтернатив — это специальность бывшей исследовательской группы доктора Митлина в Университете Альберты.
Они экспериментировали со всеми вкусами биологических отходов — от торфяного мха до яиц. Совсем недавно банановую кожуру превратили в батарейки.
Хитрость заключается в том, чтобы приспособить правильное растительное волокно к правильному электрическому устройству — в соответствии с их органической структурой.
«С помощью банановой кожуры вы можете превратить их в плотный блок углерода — мы называем его псевдографитом — и это отлично подходит для ионно-натриевых батарей», — пояснил он.
«Но если вы посмотрите на конопляное волокно, то его структура будет противоположной — из него получаются листы с большой площадью поверхности, что очень удобно для суперконденсаторов».
Он объяснил, что первый шаг — это приготовить его — почти как в скороварке. Это называется гидротермальный синтез.
«Как только вы растворяете лигнин и полуцеллюлозу, они оставляют эти углеродные нанолисты — структуру псевдографена».
Изготовив из этих листов электроды и добавив ионную жидкость в качестве электролита, его команда создала суперконденсаторы, которые работают в широком диапазоне температур и с высокой плотностью энергии.
Прямое сравнение с конкурирующими устройствами осложняется множеством критериев производительности.
Но в рецензируемой журнальной статье Митлина это устройство оценивается «наравне с коммерческими устройствами на основе графена или лучше».
«Они работают до 0C и демонстрируют одни из лучших комбинаций мощности и энергии, о которых сообщалось в литературе для любого углерода.
Например, при очень высокой плотности мощности 20 кВт / кг (киловатт на килограмм) и температуре 20, 60 и 100 ° C плотности энергии составляют 19, 34 и 40 Втч / кг (ватт-часов на килограмм). соответственно.
Индустрия роста
«Очевидно, конопля не может делать все, что может графен, — признает доктор Митлин.
«Но для хранения энергии он работает точно так же. И стоит это в несколько раз дешевле — 500–1000 долларов за тонну ».
Установив доказательство принципа, его начинающая компания Alta Supercaps надеется начать мелкосерийное производство.
Он планирует продавать устройства в нефтегазовой отрасли, где работа при высоких температурах является ценным активом.
Его переезд в США совпадает с изменением отношения регулирующих органов — с признаками того, что конопля может вернуться.
В Китае эта культура широко культивируется, а в Канаде развивается текстильная промышленность.
«В пятидесяти милях от моего дома в Альберте находился завод по переработке сельскохозяйственной конопли. И вся эта лубяная клетчатка — она просто лежит в высоком отсеке, и они не знают, что с ней делать », — сказал доктор Митлин BBC News.
«Это ненужный продукт, который требует применения с добавленной стоимостью. Люди почти платят вам за то, чтобы вы его забрали ».
И если технология действительно наберет обороты — это может помочь экономике, — утверждает он.
«Это крепкое растение — его даже можно выращивать в Альберте, Манитоба.
«Многие фермеры были бы в восторге от выращивания конопли».
