Jak udělat výrobu superkondenzátorů pro ukládání energie udržitelnější a nahradit tradičně používané, ale toxické rozpouštědlo NMP (N-methyl-2-pyrrolidon)? Podle vědců z CATRIN Univerzity Palackého mohou být vhodnou alternativou „zelená“ rozpouštědla Cyrene a Tamisolve. V článku publikovaném v časopise Chemical Engineering Journal ukázali, že tato rozpouštědla lze využít při výrobě, aniž by došlo ke snížení výkonu zařízení. Nabízejí tak cestu k další generaci udržitelných, vysoce výkonných superkondenzátorů pro průmyslové využití.
„Superkondenzátory představují jednu z moderních technologií pro ukládání elektrické energie. S tím, jak se dostává do popředí udržitelné ukládání energie, je nezbytné nahradit nebezpečná rozpouštědla používaná při výrobě elektrod superkondenzátorů. Naše studie představuje Cyrene a Tamisolve jako ekologicky šetrné alternativy toxického rozpouštědla NMP, které se tradičně používá při výrobě. Obě testovaná rozpouštědla umožnila přípravu elektrod, které si zachovávají vysoký elektrochemický výkon a zároveň zlepšují environmentální kompatibilitu,“ uvedl korespondenční autor článku Michal Otyepka.
Elektrody byly připraveny s využitím dusíkem dopovaného grafenu jako aktivního materiálu v kombinaci s dvěma typy pojiv. Prvním bylo běžné fluorované pojivo (PVDF), které je široce průmyslově používáno mimo jiné při výrobě elektrod pro baterie. Dále vědci testovali pojivo bez fluoru (PVP), které méně zatěžuje životní prostředí a je lépe rozpustné v ekologických rozpouštědlech. Při využití různých kombinací sledovali výkon a stabilitu elektrod i jejich mechanickou odolnost.
„Výsledky ukázaly nejen to, že alternativní rozpouštědla Cyrene a Tamisolve mohou plnohodnotně nahradit toxické rozpouštědlo NMP, ale také že připravené elektrody mají potřebné mechanické vlastnosti. Jejich kompatibilita s fluorovaným pojivem PVDF i nefluorovaným PVP, spolu s vynikající uniformitou vrstev a elektrochemickou stabilitou, je předurčuje k využití ve škálovatelných aplikacích. To je nezbytné pro průmyslnou výrobu,“ uvedl první autor publikace Ivan Dědek.
Výzkum superkondenzátorů je v CATRIN prioritou již téměř deset let. Vedle vývoje nových aktivních materiálů, například úspěšného dusíkem dopovaného grafenu (SC-GN3), se zaměřuje také na ekologicky šetrné a průmyslově proveditelné výrobní postupy. Náhrada toxického NMP „zelenějšími“ rozpouštědly Cyrene a Tamisolve tak potvrzuje, že udržitelnější výroba může jít ruku v ruce s vysokým výkonem a představuje důležitý krok směrem k průmyslovému využití.
Cyrene, tedy dihydrolevoglukosenon, se získává z obnovitelných zdrojů biomasy, například celulózy. Tamisolve (N-butyl-2-pyrrolidon) je látka příbuzná běžně používanému NMP, je však šetrnější k lidskému zdraví i životnímu prostředí.