جدیدتولید میکروکره‌های کربن متخلخل از ضایعات گیاهی (برگ‌های پاییزی)!!! production of porous carbon microsphere
کربن متخلخل
تولید میکروکره‌های کربن متخلخل از ضایعات گیاهی(برگ‌های پاییزی)!!
(production of porous carbon microsphere from biomass wastes(fallen leaves
محققین در دانشگاه Shandong چین اخیرا به روشی جدید برای تبدیل این ضایعات ارگانیک به کربن متخلخلی که می‌تواند در تولید دستگاه‌های الکترونی تکنولوژی بالا به کار گرفته شود، دست یافته‌اند. جزئیات بیشتر این پژوهش در ژورنال Renewable and Sustainable Energy به چاپ رسیده است.
——————————————————–
ترجمه از گروه ترجمه ایران مواد
حرفه ای ترین تیم ترجمه مهندسی مواد کشور
———————————————————
حاشیه‌ی جاده‌های شمال چین در فصل پاییز پوشیده از انبوهی از برگ‌های پاییزی درختان فونیکس می‌شود. این برگ‌ها به طور کلی در فصل سردتر سوزانده شده که منجر به تشدید آلودگی هوا می‌شود. محققین از فرآیندی چندمرحله‌ای و در عین حال ساده برای تبدیل این ضایعات ارگانیک به موادی با کاربرد در الکترودها و مواد فعال، استفاده کرده‌اند. در این فرآیند در ابتدا برگ‌های خشک تبدیل به پودر شده و سپس تا دمای ۲۲۰ درجه سانتی گراد به مدت ۱۲ ساعت حرارت داده می‌شوند. این فرآیند منجر به ایجاد پودری متشکل از میکروکره‌های کربن می‌شود. این پودرها سپس در محلول پتاسیم هیدروکسید شسته شده و پس از آن، دما افزایش داده شده و به طور سریع از ۴۵۰ درجه سانتی گراد به ۸۰۰ درجه سانتی گراد رسانده می‌شود.
شست و شو در محلول شیمیایی منجر به ایجاد خوردگی در سطح میکروکره‌های کربن شده و آن‌ها را به شدت متخلخل می‌سازد. محصول نهایی پودر کربن سیاه دارای سطح ویژه‌ه‌ی بسیار بالا می‌باشد که این سطح ویژه ناشی از حضور حفرات بسیار ریزی است که به صورت شیمیایی روی سطح میکروکره‌ها اچ شدند. سطح ویژه‌ی بسیار بالای محصول نهایی منجر به ایجاد خواص الکتریکی غیرمعمول در ماده می‌شود.
محققین به منظور شناسایی پتانسیل این مواد برای به کارگیری در دستگاه‌های الکترونیکی، آزمون‌های الکترشیمیایی استاندارد زیادی را روی این مواد انجام داده‌اند. این منحنی‌های ولتاژ که در زیر نشان داده شده است، حاکی از آن است که از این مواد می‌توان خازن‌های فوق‌العاده‌ای را ساخت. آزمون‌های بیشتر نشان داده‌است که این مواد از دسته‌ی ابرخازن‌ها بوده و دارای ظرفیتی برابر ۳۶۷ فاراد بر گرم می‌باشد که در حدود سه برابر بیشتر از ظرفیت ابرخازن‌های تهیه شده از گرافن می‌باشد.
منحنی‌های GCD در دانسیته جریان‌های مختلف از ۵/۰ تا ۲۰ آمپر بر گرم.
یک خازن معمولا در اجزای الکترونیکی که با نگه‌داری بار روی دو هادی جداشده توسط یک عایق، عمل ذخیره‌ی انرژی را انجام می‌دهند، به طور گسترده‌ای به کار گرفته می‌شوند. ابرخازن‌ها معمولا توانایی ذخیره‌ی ۱۰ تا ۱۰۰ برابر خازن‌های معمولی را دارند و معمولا سرعت دریافت شارژ بالاتری از باتری‌های دارای قابلیت شارژ مجدد معمولی دارند. به همین دلایل است که مواد ابرخازن‌ها دارای کاربردهای بسیار زیادی در نیازهای ذخیره‌ی انرژی به خصوص در تکنولوژی کامپیوتر و وسایل نقلیه‌ی هیبریدی یا الکتریکی، می‌باشند.
این گروه پژوهشی با هدایت پروفسور Hongfang Ma به طور شدیدی بر جست و جوی راه‌هایی برای تبدیل ضایعات زیست‌توده‌های گیاهی مختلف به کربن‌های متخلخل مورد استفاده در تکنولوژی ذخیره‌ی انرژی، متمرکز شده‌اند. علاوه بر برگ‌های درختان، این گروه موفق به تبدیل ضایعات سیب‌زمینی، برگ ذرت، چوب کاج، کاه برنج و دیگر ضایعات این‌چنینی به کربن‌های الکترودها شده‌اند. پروفسور Ma و همکارانش امیدوارند که حتی با اصلاح و بهینه‌سازی فرآیند آماده‌سازی و ایجاد توانایی افزودن مواد اولیه‌ی دیگر در حین فرآیند، در خواص الکترشیمیایی این کربن‌های متخلخل نیز بهبود بیش‌تری حاصل شود.
منبع: www.phys.com
مترجم : امیر اشجاری
production of porous carbon microsphere from biomass wastes(fallen leaves)
Northern China’s roadsides are peppered with deciduous phoenix trees, producing an abundance of fallen leaves in autumn. These leaves are generally burned in the colder season, exacerbating the country’s air pollution problem. Investigators in Shandong, China, recently discovered a new method to convert this organic waste matter into a porous carbon material that can be used to produce high-tech electronics. The advance is reported in the Journal of Renewable and Sustainable Energy, by AIP Publishing.
The investigators used a multistep, yet simple, process to convert tree leaves into a form that could be incorporated into electrodes as active materials. The dried leaves were first ground into a powder, then heated to 220 degrees Celsius for 12 hours. This produced a powder composed of tiny carbon microspheres. These microspheres were then treated with a solution of potassium hydroxide and heated by increasing the temperature in a series of jumps from 450 to 800 C.
The chemical treatment corrodes the surfaceof the carbon microspheres, making them extremely porous. The final product, a black carbon powder, has a very high surface area due to the presence of many tiny pores that have been chemically etched on the surface of the microspheres. The high surface area gives the final product its extraordinary electrical properties.
The investigators ran a series of standard electrochemical tests on the porous microspheres to quantify their potential for use in electronic devices. The current-voltage curves for these materials indicate that the substance could make an excellent capacitor. Further tests show that the materials are, in fact, supercapacitors, with specific capacitances of 367 Farads/gram, which are over three times higher than values seen in some graphene supercapacitors.
Galvanostatic Charge/Discharge (GCD) curves at different current densities, from 0.5 to 20A/g.
A capacitor is a widely used electrical component that stores energy by holding a charge on two conductors, separated from each other by an insulator. Supercapacitors can typically store 10-100 times as much energy as an ordinary capacitor, and can accept and deliver charges much faster than a typical rechargeable battery. For these reasons, supercapacitive materials hold great promise for a wide variety of energy storage needs, particularly in computer technology and hybrid or electric vehicles.
The research, led by Hongfang Ma of Qilu University of Technology, has been heavily focused on looking for ways to convert waste biomass into porous carbon materials that can be used in energy storage technology. In addition to tree leaves, the team and others have successfully converted potato waste, corn straw, pine wood, rice straw and other agricultural wastes into carbon electrode materials. Professor Ma and her colleagues hope to improve even further on the electrochemical properties of porous carbon materials by optimizing the preparation process and allowing for doping or modification of the raw materials.
دیدگاه کاربران