تبدیل پسماند‌های زغال‌سنگ به گرافن با بازده بالا

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو؛ به نقل از ستاد نانو، محققان آزمایشگاه ملی فناوری انرژی آمریکا (NETL) از سیال به دست آمده از قطران زغال سنگ برای تولید گرافن استفاده کردند.
آنها فرآیندی کم هزینه برای تبدیل ضایعات قطران زغال سنگ به گرافن با کیفیت بالا توسعه دادند. این تیم تاکید کرد که این نتیجه می‌تواند عملکرد سیستم‌های ابرخازن ذخیره‌کننده انرژی را تا ۵۵ درصد افزایش دهد.

به گفته کریستوفر ماترانگا از NETL، گرافن مدت‌هاست که به عنوان ماده‌ای مناسب برای الکترود در ابرخازن در نظر گرفته می‌شود، اما استفاده از آنها در دستگاه‌های تجاری محدود است، زیرا روش‌های کمی برای تولید گرافن با کیفیت بالا در مقیاس بزرگ وجود دارد.

ویت هانگ فام، کونگجون وانگ، یوان گائو، جنیفر ویدمن و کی جونگ کیم از دیگر محققان این پروژه بودند. فام، محقق اصلی در این پروژه می‌گوید: «گرافن یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد الکترود ابرخازن است، زیرا سطح بزرگ، رسانایی الکتریکی بالا، پایداری شیمیایی خوب و استحکام مکانیکی عالی دارد».

تیم تحقیقات NETL فرآیندی را کشف کرد که از قطران زغال‌سنگ، که یک ماده اولیه کربنی ارزان و فراوان است، در فرآیندی ساده، گرافن سه‌بعدی ایجاد می‌شود. این کار در حضور کاتالیزور کربنات پتاسیم (K ۲ CO ۳) انجام می‌شود.

قطران زغال‌سنگ مخلوطی مایع چسبناک از ترکیبات هیدروکربنی است که مستقیماً از زغال سنگ مشتق می‌شود و اغلب به عنوان چسب یا پوشش در ساخت الکترود‌های باتری لیتیوم یون استفاده می‌شود.

گزارش NETL نشان می‌دهد که آنها فرآیند نوآورانه جدیدی برای تولید گرافن با کیفیت بالا با ویژگی‌های لازم برای استفاده در ابرخازنی ارائه کرده‌اند.

فام گفت که ابرخازن‌ها با ذخیره انرژی بیشتر نسبت به خازن‌ها و داشتن چگالی توان بالاتر نسبت به باتری‌ها، فاصله بین خازن‌های معمولی و باتری‌های سنتی را پر می‌کنند.

بر اساس گزارش NETL، نتایج این تحقیق بر یک چالش طولانی مدت برای ساخت الکترود‌های ابرخازن غلبه می‌کند، که شامل متعادل کردن دو ویژگی متناقض است: تخلخل بالا و چگالی مواد بالا. به این ترتیب، روش سنتز ساده آنها امکان تولید ارزان الکترود را فراهم می‌کند و فرصت‌های جدیدی را برای استفاده گسترده‌تر از مواد مبتنی بر گرافن در دستگاه‌های ابرخازن عملی باز می‌کند.