Kemister och ingenjörer vid Oregon State University har upptäckt ett fascinerande nytt sätt att ta en del av den atmosfäriska koldioxid som orsakar växthuseffekten och använda den för att göra en avancerad, högvärdigt material för användning i energilagringsprodukter.

Denna innovation inom nanoteknik kommer inte att suga upp tillräckligt med kol för att lösa den globala uppvärmningen, säger forskare. Dock, det kommer att ge en miljövänlig, billigt sätt att göra nanoporöst grafen för användning i "superkondensatorer" - enheter som kan lagra energi och frigöra den snabbt.

Sådana enheter används i allt från tung industri till konsumentelektronik.

Resultaten publicerades just i Nano Energy av forskare från OSU College of Science, OSU College of Engineering, Argonne National Laboratory, University of South Florida och National Energy Technology Laboratory i Albany, Malm. Arbetet stöddes av OSU.

I den kemiska reaktion som utvecklades, slutresultatet är nanoporöst grafen, en form av kol som är ordnad i sin atomiska och kristallina struktur. Den har en enorm specifik ytarea på cirka 1, 900 kvadratmeter per gram material. På grund av det, den har en elektrisk konduktivitet som är minst 10 gånger högre än det aktiva kolet som nu används för att göra kommersiella superkondensatorer.

"Det finns andra sätt att tillverka nanoporöst grafen, men detta tillvägagångssätt är snabbare, har liten miljöpåverkan och kostar mindre, "sa Xiulei (David) Ji, en OSU -biträdande professor i kemi vid OSU College of Science och huvudförfattare till studien. "Produkten uppvisar hög ytarea, stor konduktivitet och, viktigast, den har en ganska hög densitet som är jämförbar med kommersiellt aktiverade kol.

"Och kolkällan är koldioxid, som är en hållbar resurs, minst sagt, "Ji sa." Denna metod använder riklig koldioxid samtidigt som energilagringsprodukter gör ett betydande värde. "

Eftersom de inblandade materialen är billiga och tillverkningen är enkel, detta tillvägagångssätt har potential att skala upp för produktion på kommersiell nivå, Sa Ji.

Den kemiska reaktion som beskrivs i denna studie involverade en blandning av magnesium och zinkmetaller, en kombination som upptäcktes för första gången. Dessa värms upp till en hög temperatur i närvaro av ett flöde av koldioxid för att ge en kontrollerad "metallotermisk" reaktion. Reaktionen omvandlade elementen till deras metalloxider och nanoporösa grafen, en ren form av kol som är anmärkningsvärt stark och effektivt kan leda värme och elektricitet. Metalloxiderna kan senare återvinnas till sina metalliska former för att göra en industriell process mer effektiv.

Som jämförelse, andra metoder för att göra nanoporös grafen använder ofta frätande och giftiga kemikalier, i system som skulle vara utmanande att använda på stora kommersiella nivåer.

"De flesta kommersiella kolkondensatorer använder nu aktivt kol som elektroder, men deras elektriska konduktivitet är mycket låg, "Ji sa." Vi vill ha snabb energilagring och frigöring som ger mer kraft, och för detta ändamål kommer den mer ledande nanoporösa grafen att fungera mycket bättre. Detta löser ett stort problem när det gäller att skapa kraftfullare superkondensatorer. "

En superkondensator är en typ av energilagringsenhet, men det kan laddas mycket snabbare än ett batteri och har mycket mer effekt. De används mestadels i alla typer av enheter där snabb energilagring och kort, men kraftfull energiutsläpp behövs.

De används i konsumentelektronik, och har applikationer inom tung industri, med förmågan att driva allt från en kran till en gaffeltruck. En superkondensator kan fånga upp energi som annars skulle gå till spillo, som vid bromsning. Och deras energilagringsförmåga kan hjälpa till att "jämna ut" strömmen från alternativa energisystem, som vindkraft.

De kan driva en defibrillator, öppna nödrutschbanorna på ett flygplan och förbättra effektiviteten hos hybridelektriska bilar. Nanoporösa kolmaterial kan också adsorbera gasföroreningar, fungera som miljöfilter, eller användas vid vattenbehandling. Användningsområdena expanderar ständigt och har begränsats mestadels av deras kostnad.