Михри и Дженгиз Озкан и их ученики годами работали над созданием улучшенных материалов для хранения энергии из экологически чистых источников, таких как стеклянные бутылки, пляжный песок, Silly Putty и грибы портабеллы. Их последний успех может снизить загрязнение пластиком и ускорить переход на 100% чистую энергию.
«Ожидается, что к 2040 году 30% мирового автопарка будут электрическими, и высокая стоимость сырья для аккумуляторов является проблемой», – сказал Михри Озкан, профессор электротехники в Инженерном колледже Марлана и Розмари Борнс UCR. «Использование отходов со свалок и вторичная переработка пластиковых бутылок может снизить общую стоимость аккумуляторов, сделав производство аккумуляторов устойчивым, помимо устранения пластикового загрязнения во всем мире."
В статье в открытом доступе, опубликованной в Energy Storage, исследователи описывают устойчивый и простой процесс переработки полиэтилентерефталатных пластиковых отходов, или ПЭТ, содержащихся в бутылках из-под газировки и многих других потребительских товарах, в пористую углеродную наноструктуру.
Сначала они растворили куски пластиковых бутылок из ПЭТ в растворителе. Затем, используя процесс, называемый электроспиннингом, они изготовили микроскопические волокна из полимера и карбонизировали пластиковые нити в печи. После смешивания со связующим и проводящим агентом материал затем сушили и собирали в электрический двухслойный суперконденсатор в формате плоского элемента.
При испытании в суперконденсаторе материал обладал характеристиками как двухслойного конденсатора, образованного разделенными ионными и электронными зарядами, так и псевдоемкости окислительно-восстановительной реакции, которая возникает, когда ионы электрохимически поглощаются на поверхности материалов.
Хотя они не хранят столько энергии, сколько литий-ионные батареи, эти суперконденсаторы могут заряжаться намного быстрее, что делает батареи на основе пластиковых отходов хорошим вариантом для многих приложений.
Путем «легирования» электропряденых волокон перед карбонизацией различными химическими веществами и минералами, такими как бор, азот и фосфор, команда планирует настроить конечный материал так, чтобы он имел улучшенные электрические свойства.
«В UCR мы сделали первые шаги к переработке пластиковых отходов в перезаряжаемые устройства хранения энергии», – сказал докторант и первый автор Араш Мирджалили. «Мы считаем, что эта работа имеет экологические и экономические преимущества, и наш подход может предоставить возможности для будущих исследований и разработок."
Авторы считают, что этот процесс масштабируем и востребован, и что он представляет собой значительный прогресс в предотвращении попадания отходов ПЭТ на свалки и в океаны.
«Переработка пластиковых отходов ПЭТ для накопления энергии может считаться святым Граалем экологически чистого производства электродных материалов из экологически чистых источников отходов», – сказал профессор машиностроения Дженгиз Озкан. "За этой демонстрацией нового класса электродов в производстве суперконденсаторов в будущем последует новое поколение литий-ионных батарей, так что следите за обновлениями."