Переработка хирургических масок в тонкопленочные электроды на основе углерода для технологии суперконденсаторов

Jul 17, 2023

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12146 (2023) Цитировать эту статью

233 доступа

Подробности о метриках

Полипропилен (ПП), широко используемый пластик, используется для изготовления внешних слоев хирургической маски. В 2020 году около 3 миллиардов хирургических масок для лица было выброшено в окружающую среду, что создало огромную угрозу для дикой природы, водных организмов и экосистем. В этой работе мы сообщили о методе сульфирования для стабилизации хирургических масок для лица и их преобразовании в углеродные наночастицы для применения в качестве электрода суперконденсатора. Электрод изготавливается путем приготовления суспензионной пасты из углеродных наночастиц и наклеивания ее на проводящую носимую ткань. Для исследования характеристик тонкопленочного углеродного электрода используются электрохимические методы. Анализ циклической вольтамперометрии (ЦВА), выполненный при различных скоростях сканирования в 6-молярном электролите КОН, показывает, что тонкая углеродная пленка действует как положительный электрод. При токе 4 А г-1 электрод демонстрирует удельную емкость 366,22 Ф г-1 и 100% сохранение удельной емкости в течение 8000 циклов. Двухэлектродное асимметричное устройство изготавливается с использованием тонкой углеродной пленки в качестве положительного электрода, тонкой пленки NiO в качестве отрицательного электрода и сепаратора КОН между двумя электродами. Прибор показывает удельную емкость 113,73 Ф г-1 при 1,3 А г-1 и светится красным светодиодом в течение 6 мин. Эта работа является шагом на пути к вторичной переработке отходов хирургических масок для лица, использованных во время пандемии COVID-19, и их использованию для хранения энергии.

Отходы, образующиеся в быту и промышленности, наносят вред окружающей среде, дикой природе, водным животным и здоровью человека1. Токсичные материалы, присутствующие в этих отходах, влияют на живые организмы в почве, воде и воздухе. Однако недавние события привели к использованию этих отходов в полезные ресурсы2. В 2019 году мир поразила пандемия COVID-19, и одной из мер предосторожности стало использование хирургических масок для лица. Это привело к массовому росту производства масок для лица по всему миру3,4,5,6. Хирургические маски для лица представляют собой одноразовые материалы, изготовленные из полипропилена (ПП). ПП — это разновидность пластика, и широкое потребление этих масок усугубило проблему глобальных пластиковых отходов7. По оценке журнала National Geographic, в 2020 году ежедневно выбрасывалось более 3 миллиардов масок, и эта тенденция сохранялась в течение следующих 2 лет8. Все эти хирургические маски для лица на основе ПП при попадании в окружающую среду создают серьезную угрозу для экосистем. Таким образом, существует необходимость решить эту проблему и найти эффективные решения по переработке или вторичной переработке использованных масок для лица в целях устойчивого развития. Одним из таких решений является их преобразование в наноматериалы на основе углерода (УНМ). Наиболее часто используемыми УНМ являются графен, активированный уголь и углеродные нанотрубки (УНТ), а их производство из отходов имеет различные потенциальные применения. УНМ обладают чрезвычайно хорошими морфологическими, химическими, механическими и электрическими свойствами, что значительно расширяет их применение для разработки датчиков, суперконденсаторов, транзисторов, фотоэлектрических устройств и т. д.9. Более того, УНМ производятся легко, эффективно и экономично с использованием различных методов синтеза10,11. Полипропилен (ПП) был восстановлен до УНМ различными химическими методами12,13. Производство УНМ из отходов (масок) значительно сократит количество этих отходов в окружающей среде и поможет очистить окружающую среду и экосистемы.

В этой работе мы сообщили о методе сульфирования для стабилизации лицевых масок и их преобразовании в углеродные наночастицы для применения в качестве электрода суперконденсатора. Стандартные инструменты характеристики используются для изучения морфологии, составляющих элементов и функциональных групп, присутствующих в синтезированных материалах. Электрохимические характеристики изготовленных электродов и их применение в суперконденсаторах анализируются с помощью CV, гальваностатического заряда или разряда (GCD) и электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Электроды изготовлены из носимой хлопчатобумажной ткани. Углеродный тонкопленочный электрод демонстрирует хорошие электрохимические характеристики, то есть удельную емкость, циклическую стабильность, сохранение емкости и т. д. Эта работа является шагом на пути к вторичной переработке отходов, образующихся из лицевых масок, использованных во время пандемии COVID-19, и их применению в технологии суперконденсаторов. Исследование поможет в разработке устройств хранения энергии, а также в восстановлении окружающей среды. Сообщаемый тонкопленочный углеродный электрод демонстрирует хорошие емкостные характеристики по сравнению с некоторыми ранее опубликованными работами.