روش جدید دانشمندان سنگاپور برای تبدیل کاغذهای باطله به باتری – اخبار داغ


پیش از این، در سال ۲۰۲۰، دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ تلاش کردند تا نوعی باتری بسازند که انعطاف پذیر و زیست تخریب پذیر باشد. در قلب باتری منعطف، ورقی از کاغذ سلولزی قرار داشت که با هیدروژل تقویت شده بود تا شکاف بین الیاف سلولزی را پر کند. این کاغذ به عنوان جداکننده بین الکترودهای آند و کاتد که در دو طرف کاغذ چاپ می شوند عمل می کرد.

بر اساس گزارشی، دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ روش جدیدی برای تبدیل کاغذ باطله به یک جزء حیاتی برای باتری‌های لیتیوم یونی ایجاد کرده‌اند.
دانشمندان الیاف کاغذ را از طریق فرآیندی به نام کربنیزاسیون به الکترود تبدیل کردند که کاغذ را به کربن خالص تبدیل می کند. این الکترود را می توان به باتری های قابل شارژ تبدیل کرد که انرژی تلفن های همراه، تجهیزات پزشکی و وسایل نقلیه الکتریکی را تامین می کند.

به گفته وب سایت رسمی “دانشگاه فناوری نانیانگ” (NTU)، دانشمندان “دانشگاه فناوری نانیانگ” قبلاً تلاش کرده اند تا در سال ۲۰۲۰ نوعی باتری بسازند که انعطاف پذیر و تجزیه پذیر باشد. در هسته باتری انعطاف پذیر ورقه ای از سلولز قرار داشت. کاغذ تقویت شده با هیدروژل برای پر کردن شکاف بین الیاف سلولزی. این کاغذ به عنوان جداکننده بین الکترودهای آند و کاتد که در دو طرف کاغذ چاپ می شوند عمل می کرد. جوهر رسانا مورد استفاده در چاپ آند عمدتاً از عناصر روی و کربن سیاه تشکیل شده است. در حالی که منگنز و نیکل به طور جداگانه برای جوهر کاتد استفاده شد. پس از اتمام فرآیند چاپ الکترود، کل باتری در محلول الکترولیت غوطه ور می شود و سپس لایه نازکی از طلا بر روی هر دو الکترود اعمال می شود تا رسانایی آنها افزایش یابد. محصول نهایی حدود ۰.۴ میلی متر ضخامت دارد و در عرض یک ماه پس از قرار گرفتن در خاک توسط میکروارگانیسم ها به طور کامل تجزیه می شود.

این گروه تحقیقاتی در پروژه جدید خود، کاغذ را در دمای بالا قرار دادند تا آن را کربن کنند. این کار کاغذ را به کربن خالص، بخار آب و روغن تبدیل می کند که می تواند برای سوخت زیستی استفاده شود. از آنجایی که کربنیزاسیون در غیاب اکسیژن اتفاق می افتد، مقادیر کمی دی اکسید کربن منتشر می کند و این فرآیند را به جایگزینی سبزتر برای دور انداختن کاغذ کرافت از طریق سوزاندن تبدیل می کند که مقادیر قابل توجهی گازهای گلخانه ای تولید می کند.

آندهای کربن تولید شده توسط این گروه تحقیقاتی دوام، انعطاف پذیری و خواص الکتروشیمیایی بهتری را نشان دادند. آزمایشات آزمایشگاهی نشان داده است که این آندها می توانند تا ۱۲۰۰ بار شارژ و دشارژ شوند که حداقل دو برابر طول آندهای موجود در باتری های تلفن همراه فعلی است. باتری‌هایی که از آندهای دانشگاه فناوری نانیانگ استفاده می‌کنند می‌توانند استرس فیزیکی بیشتری را نسبت به همتایان خود تحمل کنند و انرژی را تا پنج برابر بهتر جذب کنند.

این روش که در دانشگاه فناوری نانیانگ توسعه یافته است، در مقایسه با روش‌های صنعتی فعلی برای تولید آند باتری، از فرآیندهای انرژی بر کمتر و فلزات سنگین کمتری استفاده می‌کند. از آنجایی که مقدار آند ۱۰ تا ۱۵ درصد کل هزینه یک باتری لیتیوم یونی است، انتظار می رود این روش جدید که از مواد ضایعاتی کم هزینه استفاده می کند، بتواند هزینه های ساخت را نیز کاهش دهد.

استفاده از کاغذ باطله به‌عنوان ماده خام برای تولید آند باتری، اتکای ما به منابع کربن سنتی، از جمله پرکننده‌های کربنی را که پس از استخراج با مواد شیمیایی و ماشین‌آلات خشن پردازش می‌شوند، کاهش می‌دهد.

زباله های کاغذی که شامل کیسه های کاغذی دور ریخته شده از مقوا، روزنامه و سایر مواد بسته بندی کاغذی است، تقریباً یک پنجم زباله های تولید شده در سنگاپور در سال ۲۰۲۰ را تشکیل می دهد.

یک مطالعه در سال ۲۰۲۰ نشان داد که کیسه های ساخته شده از کاغذ کرافت، که بخش عمده ای از کاغذهای باطله سنگاپور را تشکیل می دهند، در مقایسه با نمونه های پنبه ای و پلاستیکی خود، اثرات زیست محیطی قابل توجهی دارند. این اثرات به دلیل سهم بیشتر کیسه های کاغذی در گرم شدن کره زمین در هنگام سوختن و پتانسیل مسمومیت محیطی هنگام تولید است.

نوآوری فعلی، که فرصتی برای بازیافت محصولات زائد و کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی فراهم می‌کند، انتقال ما به اقتصاد دایره‌ای، مواد سبز و انرژی پاک را تسریع می‌بخشد، نشان‌دهنده تعهد دانشگاه فناوری نانیانگ به کاهش تأثیر ما بر محیط‌زیست است. این موضوع یکی از بزرگترین چالش های پیش روی بشریت است که دانشگاه فناوری نانیانگ به دنبال حل آن از طریق پروژه استراتژیک “NTU 2025” است.