Hiljuti teadusajalirjas Electrochimica Acta avaldatud artikli järgi võib puusöest tehtud superkondensaator anda välja sama palju elektrivõimsust kui kaasaja paremad süsinik-aktiveeritud superkondensaatorid, ent palju odavamalt ning keskkonnasõbralikumalt.
Kõikidest puuliikidest saab teha puusütt, ent kõik puusöed ei sobi superkondensaatori elektroodi algmaterjaliks. Pildil on, alates vasakult, paberkask, valge mänd ning punane seeder.
„Superkondensaatorid sarnanevad vägagi patareidele,“ ütles Illinoisi Ülikooli Säästvate Tehnoloogiate keskuse insener ning artikli esiautor Junhua Jiang. Patareid toodavad elektromotoorjõudu keemilisest reaktsioonist. Superkondensaatorisse kogutakse energia seevastu ioonidega, mida hoiustatakse kondensaatori elektroodides. Kondensaatori ning patarei märgatavaim füüsikaline erinevus on neisse talletatud energia vabastamise kiirus. Erinevalt patareist võib kondensaator oma laengu loovutada pea silmapilkselt. Seda efekti kasutatakse näiteks fotokaamera välkudes.
Superkondensaatori elektroodid valmistatakse ülipoorsetest materjalidest, näiteks puusöest. Mida poorsem elektrood on, seda rohkem sellesse ioone mahub. Samas mõjutab elektroodi siseehitus ka laengu vallandumise kiirust. Nende kahe parameetri parima võimaliku kombinatsiooni leidmine on materjaliteaduse üks väljakutsetest.
„Superkondensaatoreid kasutatakse sõltuvalt rakendusest nii kiirete elektriimpulsside andmiseks kui alalisvooluallikatena,“ ütles Jiang. Superkondensaatorite rakenduste hulka kuuluvad muu hulgas transporditehnika, elektroonikaskeemide vaiketoitmine ning päiksepaneelide ja tuuleturbiinide toodetud elektrienergia talletamine.
Puusöest elektroodi siseehituse moodustab puidu loomulik poorstruktuur. Sestap pole vaja seda keerukate meetoditega valmistada. Puusütt saadakse puidu kuumutamisel hapnikuvaeses keskkonnas.
„Osade puiduliikide puusöe mikrostruktuur sobib kiireks ioontranspordiks pea ideaalselt,“ ütles Jiang. Artiklis
Maisitõlvikust elektroodiga superkondensaatoris on piisavalt energiat, et panna tööle valgusdioodiga pirn. Puusüsi on aga poorsem ning sobib suuremahulise tootmise jaoks paremini.
kirjeldatud uurimistöös kasutati puusöe algmaterjalina punast seedrit, vahtrat ning kirsipuud.
„Paljude kaasaegsete superkondensaatorite elektroodid on tehtud fossiilkütuste varal aktiveeritud söest,“ seletas Jiang. Aktiivsöe poorse siseehituse arendustöösse kuuluvad kallid ning keerulised protseduurid, mille jääkained võivad olla söövitava toimega. „Keskkonnale ohtlike kemikaalide kasutamist tuleks piirata või koguni vältida.“
Jiangi töörühm aktiveeris puusöe lahja lämmastikhappega. Hape eemaldab töötlemata puusöest kaltsiumkarbonaadi, kaaliumkarbonaadi ning teised ebapuhtused. Loputuse jääk on Jiangi sõnul taaskasutatav väetisena.
„Puusöest elektrood on viis kuni kümme korda odavam kui aktiivsöest elektrood,“ ütles Jiang. Kui puusöest superkondensaator katki läheb, saab selle elektroodid purustada ning väetisena kasutada.
„Puusöest elektrood on näitajate poolest võrreldav paremate poorsetest süsinikmaterjalidest tehtud elektrooridega. Olgu lähtematerjaliks süsinik-nanotorud või grafeen,“ lisas Jiang. „Oleme saavutanud sama võimsusväljundi oluliselt väiksemate raha- ja keskkonnakuludega.“
Allikas: Phys.org
Leave a Reply