Superkondensatoren aus Tamarindenschalen

Kohlenstoff-Nanosheets aus Abfall

Es klingt in der Tat exotisch: Die Schalen der Tamarinde, einer tropischen Frucht, die weltweit konsumiert wird, werden bei der Lebensmittelproduktion weggeworfen. Da sie sperrig sind, nehmen sie auf Deponien viel Platz ein. Ein Team internationaler Wissenschaftler unter der Leitung der Nanyang Technological University, Singapur (NTU Singapur) hat jedoch einen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen. Durch Verarbeitung der kohlenstoffreichen Tamarindenschalen wandelten sie das “Abfallmaterial” in Kohlenstoff-Nanosheets um, Schlüsselkomponenten von Superkondensatoren – Energiespeicher, die in Autos, Bussen, Elektrofahrzeugen, Zügen und Aufzügen zum Einsatz kommen.

Hülsen, Fruchtfleisch und Kerne thailändischer Tamarinden – Foto © Carschten, CC BY-SA 3.0 de, commons.wikimedia.org

Das Team, das sich aus Forschern der NTU Singapur, der Westnorwegischen Hochschule für angewandte Wissenschaften und der Alagappa-Universität in Indien zusammensetzt, ist der Ansicht, dass diese Nanosheets, wenn sie in größerem Maßstab hergestellt werden, eine umweltfreundliche Alternative zu ihren industriell gefertigten Gegenstücken darstellen und gleichzeitig die Abfallmenge verringern könnten. Die Forschungsergebnisse wurden in Chemosphere publiziert.

Assistenzprofessor (Steve) Cuong Dang von der NTU-School of Electrical and Electronic Engineering, der die Studie leitete, sagte: “Durch eine Reihe von Analysen haben wir herausgefunden, dass die Leistung unserer aus Tamarindenschalen gewonnenen Nanosheets in Bezug auf die poröse Struktur und die elektrochemischen Eigenschaften mit ihren industriell hergestellten Gegenstücken vergleichbar ist. Professor G. Ravi, Leiter des Fachbereichs Physik, der die Studie gemeinsam mit Assistenzprofessor R. Yuvakkumar, beide von der Alagappa University, verfasst hat, sagte: “Die Verwendung von Tamarindenschalen kann den Platzbedarf für Mülldeponien verringern, vor allem in asiatischen Regionen wie Indien, einem der weltweit größten Tamarindenproduzenten, der ebenfalls mit Problemen der Abfallentsorgung zu kämpfen hat”, sagte er. Anschließend rösteten die Wissenschaftler das Pulver 150 Minuten lang in einem Ofen bei 700-900 Grad Celsius unter Abschluss von Sauerstoff, um es in ultradünne Kohlenstoffschichten, so genannte Nanosheets, umzuwandeln.

Tamarindenschalen sind reich an Kohlenstoff und von Natur aus porös, was sie zu einem idealen Material für die Herstellung von Kohlenstoff-Nanosheets macht. Ein gängiges Material für die Herstellung von Kohlenstoff-Nanosheets sind Industrie-Hanffasern. Sie müssen jedoch 24 Stunden lang bei über 180 °C erhitzt werden – viermal länger als Tamarindenschalen und bei einer höheren Temperatur. Professor Dhayalan Velauthapillai, Leiter der Forschungsgruppe für fortgeschrittene Nanomaterialien für saubere Energie- und Gesundheitsanwendungen an der Fachhochschule Westnorwegen, der an der Studie beteiligt war, sagte: “Die Kohlenstoff-Nanosheets bestehen aus vielen Materialien, die in der Natur vorkommen: “Kohlenstoff-Nanosheets bestehen aus Schichten von Kohlenstoffatomen, die in miteinander verbundenen Sechsecken angeordnet sind, wie eine Bienenwabe. Das Geheimnis ihrer Energiespeicherfähigkeiten liegt in ihrer porösen Struktur, die zu einer großen Oberfläche führt, die dem Material hilft, große Mengen elektrischer Ladungen zu speichern. Die aus Tamarindenschalen gewonnenen Nanosheets zeigten auch eine gute thermische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit, was sie zu einer vielversprechenden Option für die Energiespeicherung macht.

Die Forscher hoffen, die Produktion der Kohlenstoff-Nanosheets in größerem Maßstab mit landwirtschaftlichen Partnern zu erkunden. Sie arbeiten auch daran, den Energiebedarf für den Produktionsprozess zu verringern und ihn umweltfreundlicher zu machen, und versuchen, die elektrochemischen Eigenschaften der Nanosheets zu verbessern. Das Team hofft auch, die Möglichkeit zu erforschen, andere Arten von Fruchtschalen oder Schalen zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanosheets zu verwenden.

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