February 8, 2020

Конопляные батареи более эффективны чем графеновые

Наверное, для многих любителей конопли уже давно не секрет, что помимо рекреационных и медицинских свойств, растение также имеет массу применений в человеческом быту и производстве. Помимо того, что компоненты растения, вроде его семян и волокон, являются эффективным источником здоровой пищи и материала для изготовления разнообразных тканей соответственно. Благодаря современным методикам его обработки, конопля также может служить источником дешевого, крепкого и чистого сырья для производства строительных материалов, пластика и топлива.

Однако, новые исследования демонстрируют за универсальным растением новое, необычайно полезное свойство: Оказывается, на основе его волокон, можно изготавливать батареи, способные эффективно хранить большие заряды электроэнергии в разы дольше и эффективнее, чем «традиционный» литий и «высокотехнологичный» графен. Соответственно, помимо использования в строительстве домов и автомобилей будущего, вполне возможно, что батареи на основе волокон конопли, смогут стать для них главным источником энергии.

Данные о подобном использовании растения были опубликованы на страницах последнего выпуска научного журнала «ACS Nano», в статье доктора Дэвида Милтина, из Университета Кларксон, Нью-Йорк. Помимо этого, доклад на тему исследования, был публично представлен на недавно прошедшем в Сан-Франциско собрании «Американского сообщества химиков».

«По сути дела, волокна конопли можно сравнительно легко обработать в накопитель, являющийся в разы более дешевым и доступным аналогом графена. При этом, для производства подобных батарей, нам понадобятся лишь отходы сельского хозяйства», – сообщает доктор Милтин. «Учитывая, что теперь технические породы конопли легально можно производить по всей территории страны, сырье для производства подобных накопителей, можно будет легко и дешево производить практически везде».

Принцип работы конопляных батарей:

Как сообщает доктор, сырьем для производства инновационных накопителей, является лыко, или, говоря проще, внутренний слой коры конопли, который является отходами очистки внутренних проводящих волокон растения, уходящий на производство тканей и других промышленных продуктов.

По его словам, при определенной подготовке подобного материала, из него можно получить аналог углеродных нанопластин, являющихся эффективными «супернакопителями», инновационными типами аккумуляторов энергии, отличающихся от обычных батарей принципом выделения электрического разряда. В то время, как стандартные батареи, вроде аккумуляторов на основе лития, довольно медленно передают заряд к подключенному к ним устройству, подобные углеродные пластины могут накапливать куда больший заряд и очень быстро переводить его, позволяя им эффективно снабжать энергией крупные электронные устройства, вроде автомобилей и тяжелой техники.

Учитывая, что подобные накопители являются альтернативой графену, производство которого до сих пор является предельно дорогим и технически сложным предприятием, Милтин полагает, что они смогут легко обогнать по уровню эффективности и внедрения в технологии своего «собрата», ныне являющегося стандартом на рынке супернакопителей.

«Для примера, эксперименты по обработке другого распространенного вида растительных отходов, а именно, банановой кожуры, продемонстрировали, что подобный материал, благодаря структуре своих волокон, подходит для производства блоков углеродного накопителя, который можно описать, как псевдо-графит, который, в свою очередь, идеально подходит для создания накопителей, по принципу действия аналогичных натрий-ионным аккумуляторам», объясняет доктор. «При подобной обработке конопли, получается подобный углеродный материал, отличающийся структурой своих волокон, которые имеют не плотную, блоковую решетку, а ровные пласты с большой площадью поверхности, что допускает их использование в качестве более емких супернакопителей».

«Сама же обработка является сравнительно простым процессом», продолжает доктор. «Для превращения биологического материала в углеродный накопитель, он подвергается «готовке» под высоким давлением и нагревом, что называется гидротермальным синтезом. При данной процедуре, из материала «выпаривается» весь лигнин и целлюлозные соединения, оставляя очищенный псевдо-графен, обладающий свойствами энергетического накопителя».

Растущая потребность:

Учитывая растущие потребности человечества в энергетических накопителях, можно предположить, что технология, позволяющая заменить дорогостоящий материал не менее эффективным и экологически чистым аналогом, уже в скором времени может найти широкий спрос в разных отраслях промышленности и хозяйства. В частности, подобные накопители могут найти широкое применение на растущем рынке электромобилей, а также в отраслях добычи газа и нефти. Ожидая подобный спрос на свое изобретение, доктор Милтин уже открыл свою собственную компанию, Alta Supercaps, которая будет заниматься массовым производством батарей на основе волокон конопли.

«При сравнимой с натуральным графеном эффективности, псевдо-графен на основе органических волокон, стоит в разы дешевле, в среднем, обходясь на сумму в 500-1000 долларов при производстве тонны материала», отмечает он. «При этом, цены на производство будут снижаться с развитием производства технической конопли. На данный момент, как я могу сказать по своему личному опыту, многие фермы просто выбрасывают конопляное лыко, поскольку оно не имеет применения в производстве тканей или полимеров. Однако, теперь даже этот, вроде бы бесполезный продукт обработки растений, можно будет использовать на благо человечества».