Представьте, если бы фермеры могли выращивать батареи на своих полях. Исследователи предпринимают шаги, направленные на то, чтобы, по крайней мере, частично сделать эту зелёную мечту реальностью, используя растительные материалы для создания ключевых компонентов устройств накопления энергии. У истоков этого авантюрного и амбициозного проекта стоит Пен-Чи Чианг и его коллеги из Национального университета Тайваня.
«Мы рассматриваем самые современные проблемы и вопросы использования материалов биомассы растительного происхождения для различных применений хранения энергии, таких как батареи и конденсаторы большой ёмкости», – говорит Чианг.
Накопление и хранение энергии – необходимое условие для современной жизни. Без этого у нас не было бы мобильных телефонов, ноутбуков или электромобилей. От бытовой электроники до транспорта электроэнергия должна храниться и быть доступной при щелчке переключателя. Существующие системы, такие как литий-ионные батареи, часто встречающиеся во многих устройствах, производятся из ограниченных ресурсов и вызывают экологические проблемы, связанные с их уничтожением.
Исследователи отмечают, что устойчивое будущее будет все больше зависеть от замены существующих технологий теми, что используют возобновляемые материалы, которые могут быть легко переработаны без ущерба для окружающей среды.
Одним из наиболее перспективных подходов к устойчивым устройствам хранения энергии является преобразование растительной биомассы в материал, называемый «пористый углерод». Это форма углерода, которая может быть изготовлена в трехмерные упорядоченные «наноструктуры» с множеством полезных электрохимических свойств.
Небольшие количества других атомов или химических групп могут быть стратегически включены в пористые углеродные наноструктуры для создания композитов, которые могут стать электродами или проводящими материалами для аккумуляторов или конденсаторов. Размер пор и структуру можно контролировать простыми различными способами, такими как изменение температуры, при которой производится материал. Чианг и его соавторы рассматривают разработки, которые изучают такие возможности с использованием растительных материалов, таких как деревья, хлопок, бамбук, бобы, семена, чайные листья, фруктовая корка и грибы, и это лишь некоторые из них.
Это исследование находится на ранней стадии, и ему предстоит пройти долгий путь перед тем, как значительное количество материалов на основе растений появится на коммерчески доступных устройствах. Одна из основных задач – превратить потенциал, которой в настоящее время демонстрируется в лаборатории, в надежные технологии будущего. «Для преодоления проблем потребуется междисциплинарное сотрудничество с участием материаловедения, химической инженерии, машиностроения и экологического менеджмента», – подчеркивает Чианг.
Прогресс, скорее всего, будет наблюдаться небольшими шагами, а отдельные части существующих технологий постепенно будут заменены жизнеспособными и устойчивыми альтернативами на основе растений. «Здесь, в Национальном Тайваньском университете, у нас есть опытные исследователи, работающие над разработкой и синтезом многих инновационных материалов, которые могут стать частью этих зеленых технологий, ведущих к устойчивому будущему», – уверены исследователи.
