Ενεργειακές εφαρμογές βιοανθρακωμάτων : βιοανθρακώματα από καφέ και ελαιοπυρήνα
Loading...
Date
2026-02-25
Authors
Ράπτη, Σοφία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα τελευταία χρόνια, οι έρευνες για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν αυξηθεί δραματικά λόγω της εξάντλησης των συμβατικών πηγών ενέργειας και της καταπολέμησης της ρύπανσης του περιβάλλοντος. Η ευρεία χρήση τους όμως εμποδίζεται λόγω του κόστους, των περιόδων έλλειψης τους αλλά και την αδυναμία των δικτύων μεταφοράς ενέργειας να μεταφέρουν κατευθείαν την παραγόμενη ενέργεια. Για τον λόγο αυτό, σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη συσκευών αποθήκευσης ενέργειας και πιο συγκεκριμένα των υπερπυκνωτών.
Οι υπερπυκνωτές, οι οποίοι είναι πυκνωτές υψηλής χωρητικότητας αλλά με χαμηλότερα όρια τάσης, μπορούν να αποθηκεύουν και να παρέχουν ενέργεια με πολύ γρήγορο ρυθμό προσφέροντας υψηλό ρεύμα σε σύντομο χρονικό διάστημα.
Για τα ηλεκτρόδια υπερπυκνωτών και άλλων ενεργειακών συσκευών έχουν μελετηθεί πορώδη υλικά άνθρακα όπως το εμπορικό carbon black. Ωστόσο, η χρήση και η παραγωγή αυτών των υλικών συνεπάγεται και με μεγάλη παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα που τα καθιστούν επιβλαβή για το περιβάλλον. Για αυτό στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετώνται τα βιοανθρακώματα από βιομάζα και συγκεκριμένα από καφέ και ελαιοπυρήνα (που είχε προηγουμένως χρησιμοποιηθεί για παραγωγή βιοαερίου), ως εναλλακτικά υλικά για την παρασκευή ηλεκτροδίων. Ο χαρακτηρισμός της δομής των βιοανθρακωμάτων έδειξε το μεγάλο ποσοστό τους σε άνθρακα και οξυγόνο αλλά και πιο συγκεκριμένα σε sp2-υβριδισμένο άνθρακα, που σχετίζεται με την ηλεκτρική αγωγιμότητα τους.
Τα πειράματα που διεξάχθηκαν για τα δύο υλικά και για το carbon black είχαν ως σκοπό την σύγκριση τους με το εμπορικό προϊόν ώστε να μελετηθεί αν όντως αποτελούν εναλλακτική λύση. Αποδείχθηκε ότι τα βιοανθρακώματα παρουσιάζουν καλύτερη ηλεκτροκαταλυτική συμπεριφορά από το carbon black, πράγμα που καθιστά την χρήση τους σε ενεργειακές εφαρμογές, όπως οι μπαταρίες μετάλλου-αέρα, κατάλληλη. Επιπλέον, η μέτρηση της αντίστασης τους στην διέλευση ηλεκτρικού φορτίου αποδείχθηκε στην περίπτωση του καφέ μικρότερη του carbon black και στην περίπτωση του ελαιοπυρήνα σχεδόν ίση με του carbon black.
Επιπλέον, κατασκευάστηκε μία συσκευή, με πρότυπο έναν EDLC υπερπυκνωτή, αποτελούμενη από δύο φύλλα INOX, δύο ηλεκτρόδια ίδιου υλικού, δύο φύλλα Vettex εμποτισμένα με ισχυρό ηλεκτρολύτη και μία μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων. Μετρήθηκε η ειδική χωρητικότητα των δύο βιοανθρακώματα και του carbon black. Τα αποτελέσματα στην περίπτωση των βιοανθρακωμάτων αποδείχθηκαν καθαρώς ανώτερα από αυτά του carbon black, με την ειδική χωρητικότητα στην περίπτωση του καφέ να υπολογίζεται στα 168.45 m2gr-1 και 90.85 m2gr-1 στην περίπτωση του ελαιοπυρήνα ενώ το carbon black εμφάνισε ειδική χωρητικότητα μόλις στα 10.86 m2gr-1.
Τέλος, έπρεπε να αποδειχθεί ότι η συσκευή που μελετήσαμε λειτουργούσε όντως ως υπερπυκνωτής. Μέσα από μια σειρά πειραμάτων αποδείχθηκε ότι η ένταση του ρεύματος είναι ανάλογη της ταχύτητας σάρωσης (χαρακτηριστικό των υπερπυκνωτών). Επιπλέον, αποδείχθηκε και η κυκλική σταθερότητα της συσκευής, δηλαδή η δυνατότητα της να διατηρεί την χωρητικότητα της μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους.
Description
Keywords
Βιοαπανθρακώματα, Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, Αποθήκευση ενέργειας