Forskare har hittat ett sätt att omvandla skogsavfall, som kottar, till kolmaterial som kan användas för energilagring. Metoden kan underlätta framställning av elektroder till framtidens superkondensatorer.
Superkondensatorer är en typ av energilagringsenhet, likt batterier, men som lagrar energi på ett helt annat sätt. De kan laddas i och ur på några sekunder, kräver mindre underhåll och har betydligt längre livslängd än batterier.
Superkondensatorer används redan idag i vissa industrier, men förutspås spela en allt viktigare roll i framtiden då behovet av energilagring förväntas öka.
För att kunna tillverka superkondensatorer krävs elektroder med hög ytarea, det vill säga stor yta i förhållande till volymen.
En avhandling vid Umeå universitet visar att sådana elektroder kan framställas med hjälp av vattenbaserade blandningar, så kallade dispersioner, av kolmaterial och vatten. Blandningen kan sedan sprejas på en yta för att framställa elektroder till superkondensatorer.
Skogsavfall som kottar och bark
Olika typer av kolmaterial kan användas i de vattenbaserade blandningarna. Här ingår även porösa kolmaterial som framställts från olika typer av skogsavfall, till exempel kottar och bark.
Metoden gör det möjligt att enkelt och miljövänligt finfördela kol i vatten.
– Den vattenbaserade dispersionen har flera fördelar jämfört med dispersioner baserade på organiska lösningsmedel, som oftast är giftiga och dåliga för miljön. Lösningsmedlen är särskilt problematiska i sammanhanget eftersom dispersionerna sprejas på heta ytor och då riskerar att sprida giftig ånga, säger forskaren Andreas Nordenström vid Umeå universitet.
Billigare elektroder till superkondensatorer
Forskarna kunde visa att samma metod som tidigare används för att framställa ”aktiverat grafen” – ett material framställt från reducerat grafenoxid – kan användas för att framställa porösa kolmaterial från förkolnade tallkottar, grankottar och tallbark.
Det porösa kolmaterialet är mycket likt ”aktiverat grafen” och är nästan lika bra som material till elektroder för superkondensatorer, enligt Andreas Nordenström.
– Vi visade att det relativt dyra ”aktiverat grafen” egentligen bara är en annan typ av aktiverat kol och kan ersättas med billiga, högkvalitativa elektroder som framställts från skogsavfall. Våra resultat kan potentiellt vara av stor vikt då efterfrågan på billiga, högkvalitativa elektroder är hög och förväntas öka i framtiden eftersom efterfrågan på energilagringsenheter som superkondensatorer förväntas öka.
Fler projekt kan dra nytta av blandningen
Den vattenbaserade blandningen kan även spela en viktig roll för framtida forskningsprojekt eftersom metoden kan användas för olika typer av kolmaterial som inte är vattenlösliga.
– Porösa kolmaterial är mycket svåra att förbereda i stabila dispersioner. Att blanda kol med vatten fungerar inte eftersom kolpartiklarna sjunker till botten inom några minuter. Genom att använda grafenoxid och kiseloxid som tillsatta komponenter löste vi problemet. Vi har hört från kollegor i industrin att vår dispersion var stabil på deras hyllor i över ett år, säger Andreas Nordenström.
Avhandling:
Egenskaper och tillämpningar av material baserade på grafenoxid, Umeå universitet.
Kontakt:
Andreas Nordenström, doktorand vid institutionen för fysik, Umeå universitet, andreas.nordenstrom@umu.se
