Конопля может заменить графен

После многолетнего бана конопля возвращается в США, в связи с чем канадский стартап намерен представить Американскому химическому обществу результаты своей

Конопля долго и верно служила людям, но по мере расширения наркомании превратилась во врага. Многие страны отказались от её культивирования, и даже полностью запретили выращивание в любом виде. Тем не менее, как былые заслуги, так и новые неведомые доселе качества растения привлекают внимание исследователей.

После многолетнего бана конопля возвращается в США, в связи с чем канадский стартап намерен представить Американскому химическому обществу результаты своей работы, свидетельствующие, что растение может внести весомый вклад в создание эффективных устройств для хранения энергии.

Речь о суперкондесаторах, обладающих огромным потенциалом для того, чтобы обеспечивать питанием электронику и заменить распространённые ныне аккумуляторные батареи.

Принципиальная разница в эксплуатационных свойствах конденсаторов и аккумуляторов в том, что первые способны заряжаться и отдавать заряд в течение нескольких секунд, в то время как вторым для этого требуется длительное время.

Однако, это преимущество конденсаторов сегодня не используется ввиду того, что они не способны пока обеспечить ту же плотность энергии, что и аккумуляторные батареи. Иными словами, при одном и том же объёме, конденсаторы могут хранить значительно меньше энергии, чем химические аккумуляторы.

Один из подходов повышения удельной плотности энергии конденсаторов заключается в создании эффективных электродов. Подавляющее большинство исследователей экспериментирует с графеном, но доктор Дэвид Митлин (David Mitlin) из Университета Альберта придумал, каким образом заменить дорогостоящий графен волокнами конопли.

«Электрохимические характеристики нашего устройства находятся на одном уровне или даже лучше, чем устройства на основе графена, - утверждает исследователь. - Ключевым преимуществом является то, что наши электроды изготавливаются из биоотходов с использованием простого процесса. Поэтому они намного дешевле графена».

Графен — прочный и лёгкий материал, состоящий из нескольких слоёв углерода, толщина которых соизмерима с размерами атома. Уникальные свойства графена идеально подходят для использования в различных отраслях, от солнечных батарей до водяных фильтров. Проблема при этом лишь одна, графен обходится достаточно дорого.

В поисках замены дорогого материала Митлин вместе с коллегами обратил внимание на луб, волокна коры конопли, которую чаще всего отправляют в отходы, в то время как другие части растения используются в производстве одежды и строительных материалов.

Учёные давно догадывались о значении этих волокон, но не могли найти правильный способ обработки сырья. По словам Митлина, его группе удалось докопаться до секрета. «Хитрость заключается в том, чтобы по-настоящему понять структуру материала и придумать, как его обрабатывать, чтобы получить, несомненно, удивительные свойства», - рассказал исследователь.

Группа Митлина обнаружила, что если нагретые примерно до 180 градусов Цельсия волокна выдержать на протяжении суток, а затем резко поднять температуру, они начинают расслаиваться на углеродные нанопластинки.

Этот, полученный из конопли углерод, исследователи использовали для создания электродов суперконденсатора, заполненного электролитом из ионизированной жидкости. Полученное устройство обладает улучшенными свойствами, как по плотности энергии, так и по температурному диапазону в сравнении с суперконденсаторами на основе традиционного графена.

Плотность энергии «конопляного» суперконденсатора, сохраняющего работоспособность в широком диапазоне температур, достигает 12 ватт-час на килограмм веса, что превышает характеристики коммерческих аналогов в 2-3 раза.

«Мы прошли этап доказательства правильности принципа создания полнофункциональных суперконденсаторов, и готовимся к производству мелкими сериями», - сообщил Митлин.