Зеленая энергия из желтых отходов: как ученые делают электроэнергию из серы

В Ванкувере, в Канаде, есть объект, который трудно не заметить — "Большая Желтая Куча Серы". Этот объект напоминает нам о колоссальных объемах элементной серы, получаемых в результате процесса гидрообессеривания при переработке нефти. Но что если эта ярко-желтая гора могла бы стать источником устойчивой энергии? Именно над этим работают ученые из Университета Ханяна.

Используя метод, разработанный группой профессора Пёна из Университета Аризоны, исследователи создали полимер, насыщенный серой (SRP), с содержанием этого элемента более 50%. Этот устойчивый полимер уже нашел применение в производстве инфракрасной оптики, заменив дорогие и хрупкие материалы, такие как германий и сульфид цинка. Теперь же, команда под руководством профессора Джонга Дже (JJ) Вие нашла новое применение для этого материала — трибоэлектрические наногенераторы (TENG), способные превращать механическую энергию в электроэнергию.

Так чем же хороша сера? Во-первых, она дешевле и доступнее других материалов: ежегодно производятся миллионы тонн серы. Во-вторых, благодаря высокой электроотрицательности серы, она становится отличным кандидатом для материалов, генерирующих поверхностные заряды. Ну и, конечно же, использование серы помогает уменьшить количество химических отходов и сделать технологию более устойчивой.

В 2019 и 2021 годах команда профессора Вие уже проводила успешные исследования по созданию TENG из SRP, но эти методы все еще зависели от токсичных химикатов. Новое исследование, опубликованное в Advanced Materials, идет дальше. Ученые использовали MXene, новейший 2D-наноматериал, создавая композит SRP/MXene с сегрегированной структурой. Этот метод снижает содержание MXene до минимального уровня, но при этом увеличивает площадь интерфейса между MXene и матрицей SRP, что значительно повышает производительность TENG.

Результаты превзошли все ожидания: новый TENG показал рекордную пиковую плотность мощности 3.80 Вт/м², что в 8,4 раза выше предыдущих попыток. Такой генератор способен напрямую питать 558 светодиодов и эффективно заряжать конденсаторы, что доказывает его пригодность для практических применений.

Кроме того, композит SRP/MXene обладает исключительной способностью к самовосстановлению, что облегчает его переработку без потери производительности. Это не только улучшает технические характеристики, но и способствует достижению истинной устойчивости в области возобновляемых источников энергии.

Так что, возможно, будущее за новыми источниками энергии из самых неожиданных материалов. "Большая Желтая Куча Серы" может перестать быть просто любопытным объектом и стать важным шагом на пути к зеленой и устойчивой энергии. Наука движется вперед, и кто знает, какие еще удивительные открытия нас ждут?

Источник:
DOI: 10.1002/adma.202404163

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!