Baza technologii

Opis technologii / usługi

Opisywane zgłoszenie patentowe odnosi się do pozyskiwania wartościowego materiału do stosowania w alternatywnych akumulatorach energii elektrycznej nowej generacji (superkondensatory, mikroakumulatory itp.). Technologia poddawana ochronie może mieć znaczący wpływ na zmniejszenie zużycia energii oraz jest znacznie tańsza od obecnie stosowanych, gdyż korzysta z surowca pozyskiwanego z odpadów produkcyjnych oraz wymaga stosowania jedynie prostych odczynników chemicznych. Produkcja węgli bogatych w azot alternatywnymi metodami zwykle dostarcza produktu o niskiej zawartości azotu oraz związana jest ze znacznym użyciem energii (długotrwale wygrzewanie w wysokiej temperaturze). Istotą rozwiązania według wynalazku jest sposób wytwarzania nanoporowatych węgli aktywnych o wysokiej zawartości azotu, znamienny tym, że chitozan spęcznia się, następnie poddaje procesowi protonizacji i depolimeryzacji, a następnie miesza z roztworem węglanów i wygrzewa się w atmosferze o niskiej reaktywności chemicznej, a następnie poddaje działaniu kwasu, przemywa, odsącza, i suszy. Do odmycia i spęczniania stosuje się wodę destylowaną. Protonizacji i depolimeryzacji dokonuje się za pomocą wodnego roztworu HCl. Po procesie protonizacji i depolimeryzacji dodaje się wodny roztwór węglanu sodu. Wygrzewanie prowadzi się w atmosferze azotu w temp 600-800ºC przez okres nie krótszy niż 1 godzina. Po wygrzewaniu stosuje się HCl lub HNO3. Używane w tym tekście terminy ‘węgle aktywne’ i ‘węgle aktywowane’ należy uważać za tożsame, ponieważ nie ma w środowisku chemików jednoznacznego rozstrzygnięcia. Normatywna w tym zakresie IUPAC (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej” tj. organizacja, która ustala terminologię chemiczną, używa terminu ‘activated carbons’ , a nie ‘active carbons’. Natomiast bardziej popularnym w Polsce terminem jest ‘węgiel aktywny’.

Zalety / korzyści z zastosowania technologii

Zastosowanie węgla aktywnego o dużej porowatości, jaką zapewnia duże nasycenie azotem, daje zwiększenie możliwości tzw. superkondensatorów w postaci krótkiego czasu ładowania i rozładowywania oraz długiej żywotności. Superkondensatory zatem dostarczają dużej ilości mocy elektrycznej w krótkim czasie. Te cechy są istotne przy zasilaniu urządzeń elektrycznych dużej mocy, jakie stosujemy w autobusach, ciężarówkach, pociągach. Bardzo ciekawe rozwiązanie w tym zakresie powstało w Chinach, gdzie na pionowych nanorurkach węglowych osadzono przypominające kwiaty nanocząsteczki tlenku manganu. Podaje się, że "kwiaty" z tlenku manganu mają powierzchnię, która wynosi aż 236 metrów na gram. A od powierzchni właśnie zależy pojemność elektrod. Ich żywotność dorównuje żywotności elektrod z węgla aktywnego, gdyż po 20 000 cykli ładowania/rozładowania tracą jedynie 3% pojemności. Istotną wadą tego rozwiązania jest koszt. Nanorurki węglowe ‘rosną’ na folii z tantalu, która jest bardzo droga. Trudno zatem mówić o powszechnym zastosowaniu tego rozwiązania. Rozwiązanie opisywane w tym raporcie chronione zgłoszeniem patentowym w UP RP oraz międzynarodowo w trybie PCT, daje lepsze parametry powierzchni rozwiniętej struktury otrzymanego z chitozanu węgla aktywowanego tj. ok. 1000 m2 na gram produktu, przy znacznie mniejszych kosztach w związku z użyciem powszechnie znanego i taniego surowca wyjściowego, jak i związków chemicznych do procesu jego otrzymywania.

Zastosowanie rynkowe

Technologia ta oferuje przełom w dziedzinie nowych elektrochemicznych źródeł prądu elektrycznego. Już wcześniejsze fazy badań nad projektem wykazały możliwość wykorzystania węgli aktywnych o wysokiej zawartości azotu do skutecznego usuwania i redukcji NOx. Technologię można także zastosować w superkondensatorach z elektrolitem wodnym, zwiększając pojemność elektryczną. Dodatkowo technologia jest przyjazna środowisku, ze względu na wykorzystywanie surowca pozyskiwanego z odpadów produkcyjnych oraz stosowaniu jedynie prostych odczynników chemicznych. Przeprowadzona analiza wykazała, że kluczowym kryterium potencjału komercjalizacyjnego, oprócz przewagi technicznej, będzie także przewaga ekonomiczna. Opracowane w toku dotychczasowych prac badawczych zespołu technologie pozwalają na otrzymywanie materiałów węglowych: o wysokiej zawartości azotu (5-10% wag./at/) a także rozwiniętym polu powierzchni właściwej (powyżej 1000 m2/g) i sterowalnej strukturze porowatej. Otrzymane węgle wykazują wysokie przewodnictwo elektryczne, wymagane do zastosowań elektrodowych. Uzyskane węgle są doskonałym materiałem katodowym dla reakcji redukcji tlenu w warunkach wysokiego obciążenia prądowego oraz agresywnych warunkach pomiarowych (60 °C, 6 M roztwór KOH).

Tagi

Branże