Çevre kirliliğinin başlıca sebeplerinden biri olan sigara izmaritleri, doğada çözünmeden uzun süre kalabilir ve toprakla temas eden ağır metaller sızdırabilir. Ancak Çinli bilim insanları, bu atıkları enerji teknolojilerinde değerlendirilebilir bir hammaddeye dönüştürerek iki önemli problemi aynı anda adresliyor: atık azaltımı ve yüksek performanslı enerji depolama.
Henan Üniversitesi’nden Leichang Cao liderliğindeki ekip, izmaritleri ileri düzey nanoporlu karbon elektrotlarına dönüştürerek süperkapasitörlerde kullanılabilir hale getirdi. Araştırmanın sonuçları, malzemenin hem enerji yoğunluğunu hem de güç yoğunluğunu artırabildiğini ve uzun vadede yüksek stabilite sunduğunu gösteriyor. Bu keşif, çevre temizliği ile teknolojik değer arasındaki nadir bir dengeyi sergiliyor.
SİGARA ATIKLARI İÇİN BÜYÜK BİR ÇÖZÜM OLABİLİR diye ekleyen ekip, izmaritleri dönüştürmek için hidrotermal karbonizasyon uygulanmasının ardından piroliz adı verilen bir adımı da devreye aldı. Uygulanan işlem, atıkları yaklaşık 700 dereceye kadar yükselten ısıtma ve kimyasal bir aşındırıcı ile işleme dayanıyor. Ortaya çıkan yoğun karbon yapılar, patlamış mısır gibi açılarla üç boyutlu ve bal peteğini andıran mikroskobik bir örgüye sahip oluyor; bu yapı, yüzey alanını devasa şekilde artırarak enerji depolama kapasitesini güçlendiriyor.
Malzemeye azot ve oksijen katkısı eklemek, elektrik iletkenliğini güçlendiriyor. Bu sayede geliştirilen elektrotlar, yüksek özgül kapasitans değerine ulaşıyor ve testlerde 10 bin şarj-deşarj döngüsünden sonra bile kapasitesinin %95’inden fazlasını koruyabildi. Böylece uzun ömürlü bir enerji depolama çözümü sunuyorlar.
Araştırmada ortaya çıkan CNPB-700-4 adı verilen karbon materyal, 1 A/g akım yoğunluğunda gram başına yaklaşık 345 farad kapasitans gibi çarpıcı bir performans gösteriyor. Düşük iç direnç ve yüksek hızla çalışma yeteneği de bu elektrotları ticari muadillerine karşı avantajlı kılıyor. Lityum iyon pillerin hızlı şarj imkanı sunmasına karşın, süperkapasitörler çok daha hızlı dolum ve uzun ömür vaat ediyor.
Çalışma, yüzey alanı ve iletkenliğin birleşiminden doğan hızlı iyon hareketinin, sigara izmaritlerinden elde edilen yeni karbon yapısının temel kazanımı olduğuna odaklanıyor. Böylece atık miktarını azaltmanın ötesinde, enerji şebekelerinin dengesinin sağlanması, elektrikli araçların rejeneratif frenleme sistemlerinin desteklenmesi ve taşınabilir cihazların güvenilir beslenmesi gibi geniş kullanım alanlarını da mümkün kılıyor.