Усовершенствован метод получения материалов для суперконденсаторов
Ученые Университета МИСИС совместно с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева и Вьетнамского национального университета лесного хозяйства предложили модификацию существующего метода переработки отхода текстильного производства — хлопкового пуха — в пористый активированный уголь. Повышение скорости нагрева материала с пяти до 350 градусов Цельсия в минуту позволяет одновременно увеличить доступную поверхность углеродного материала от двух до восьми раз и в несколько раз ускорить процесс его получения. Это будет способствовать существенной экономии электроэнергии при производстве. Сам углеродный материал может быть использован для изготовления суперконденсаторов или в качестве эффективного сорбента для очистки воды и воздуха.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. В настоящее время существует много видов сырья, которое можно использовать для получения пористых активированных углей. При этом именно материалы с высоким содержанием целлюлозы обеспечивают высокую эффективность карбонизации – получения большей доли полезного углеродного материала по отношению к массе исходного органического вещества. Перспективным с этой точки зрения представляется хлопковый пух, так как содержание целлюлозы в нем составляет от 80 до 97 процентов. Источником такого сырья являются отходы текстильного производства, которые, как правило, просто сжигают.
Исследователи НИТУ МИСИС, РХТУ имени Д. И. Менделеева и Вьетнамского национального университета лесного хозяйства предложили модификацию метода переработки хлопкового пуха в активированный уголь, которая позволяет увеличить удельную доступную поверхность углеродного материала от двух до восьми раз и ускорить процесс его изготовления. За основу взят хорошо известный метод получения активных форм углерода путем карбонизации исходного сырья при нагреве в инертной атмосфере с последующей активацией полученного материала в потоке углекислого газа. Получаемый углеродный материал может быть использован для изготовления суперконденсаторов или как сорбент для очистки воды или воздуха, показывая более высокие характеристики, чем материал, полученный из того же сырья традиционным методом без модификации.
«Главное отличие предложенного нами метода заключается в высокой скорости нагрева и охлаждения реакционной камеры. При использовании традиционных режимов скорость нагрева печи от комнатной температуры до температур карбонизации и активации обычно составляет от пяти до 20 градусов Цельсия в минуту. Между тем, с помощью предложенного метода скорость нагрева может достигать от 350 до 600 градусов Цельсия в минуту для процесса карбонизации и до 750 градусов Цельсия в минуту для процесса активации.
В связи с этим меняется характер протекания побочных процессов при карбонизации: мы предполагаем, что меняется соотношение скоростей разложения и испарения некоторых более летучих органических компонентов, благодаря чему удается получить углеродную основу с большим потенциалом для активации, чем при традиционном нагреве. Благодаря этому при использовании таких режимов после активации удалось получить более высокую удельную поверхность за счет появления большего числа пор с максимумом распределения по размерам, смещённым в область радиусов порядка единиц нанометров», – пояснил один из авторов статьи, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС Илья Кречетов.
Высокая скорость нагрева и охлаждения достигается за счет того, что реактор с сырьем помещается в предварительно нагретую печь, и извлекается из печи для охлаждения, а не остывает вместе с ней. Это позволяет, к тому же, от двух до восьми раз сократить время получения готового материала.
«Мы в основном изучаем возможности использования углеродных материалов для создания электродов электрохимических суперконденсаторов. По сравнению с аккумуляторами, суперконденсаторы обеспечивают более быстрый заряд и разряд, высокий ресурс (более 100000 циклов заряда/разряда) и высокую удельную мощность. Они все чаще применяются в областях энергетики с прерывистым режимом работы, таких как солнечная энергия, энергия ветра и приливов. Недостатком суперконденсаторов, по сравнению с батареями, однако, является гораздо более низкая удельная энергия. Использование активированного угля с высокой пористостью для суперконденсаторов увеличивает удельную энергию и расширяет возможности их применения», — отметил Илья Кречетов.
Это исследование – один из шагов в работе по определению влияния различных режимов получения углеродного материала на характеристики электродов накопителей электрической энергии на основе электрохимических суперконденсаторов. В дальнейшем ученые продолжат поиск новых перспективных видов сырья и методов карбонизации и активации для получения таких материалов.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно