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Die steigende Nachfrage nach schneller, zuverl\u00e4ssiger und nachhaltiger Energiespeicherung stellt herk\u00f6mmliche Technologien wie Lithium-Ionen-Batterien in Frage. Superkondensatoren bieten eine \u00fcberzeugende Alternative, da sie Energie durch elektrostatische Ladungsakkumulation speichern und so ein schnelles Aufladen, eine hohe Leistungsabgabe und eine lange Lebensdauer erm\u00f6glichen. Ihre Leistung h\u00e4ngt jedoch stark von den Elektrodenmaterialien ab, insbesondere von der Oberfl\u00e4che, der Porenstruktur und der elektrischen Leitf\u00e4higkeit. Aus Biomasse gewonnene por\u00f6se Kohlenstoffe haben als nachhaltige und abstimmbare Elektrodenmaterialien zunehmendes Interesse auf sich gezogen. Zigarettenstummel – die haupts\u00e4chlich aus Zellulose und Zelluloseacetat bestehen – stellen eine wenig genutzte Biomasseressource dar, deren polymere Struktur sie bei entsprechender Verarbeitung zu vielversprechenden Ausgangsstoffen f\u00fcr moderne por\u00f6se Kohlenstoffe macht.<\/p>\n\n\n\n
Eine Studie, die in Energie & Umwelt Nexus<\/em> am 13. Januar 2026 ver\u00f6ffentlichte Studie des Teams von Leichang Cao von der Universit\u00e4t Henan befasst sich nicht nur mit der dringenden Herausforderung, die Millionen Tonnen Zigarettenkippenabf\u00e4lle, die jedes Jahr anfallen, zu bew\u00e4ltigen, sondern weist auch auf einen skalierbaren Weg zur Herstellung nachhaltiger, kosteng\u00fcnstiger Elektrodenmaterialien f\u00fcr Energiespeichersysteme der n\u00e4chsten Generation hin.<\/p>\n\n\n\n In der Studie wurde zun\u00e4chst eine hydrothermale Carbonisierungs-Pyrolyse-Aktivierungsstrategie angewandt, um Zigarettenkippen in N,O-codotierte hierarchische nanopor\u00f6se Biokohlen (CNPBs) umzuwandeln, gefolgt von einer systematischen strukturellen, chemischen und elektrochemischen Charakterisierung, um die Struktur-Performance-Beziehungen aufzukl\u00e4ren. Zigarettenstummel wurden hydrothermal verkohlt, um stickstoffhaltige Hydrokohle mit gestapelten kugelf\u00f6rmigen Morphologien zu bilden, und anschlie\u00dfend mit Kaliumhydroxid (KOH) in verschiedenen Verh\u00e4ltnissen und bei verschiedenen Temperaturen aktiviert, um die Porenarchitektur abzustimmen. <\/p>\n\n\n\n Die Rasterelektronenmikroskopie zeigte, dass sich die urspr\u00fcnglich dichten, glatten Kohlenstoffkugeln nach der KOH-Aktivierung in dreidimensionale, ger\u00fcstartige por\u00f6se Strukturen verwandelten, wobei sich die Kugeln mit zunehmendem KOH-Verh\u00e4ltnis in lockerere, wabenartige mesopor\u00f6se Netzwerke verwandelten, die einen schnellen Ionen- und Elektronentransport beg\u00fcnstigen. Stickstoff-Adsorptions-Desorptions-Analysen zeigten, dass alle aktivierten CNPBs hoch entwickelte mikro-mesopor\u00f6se Strukturen aufwiesen, wobei die optimale Probe (CNPB-700-4) eine extrem hohe spezifische Oberfl\u00e4che von 2.133,5 m\u00b2 g-\u00b9 und eine ausgewogene Porengr\u00f6\u00dfenverteilung (1-3 nm) aufwies, die eine effiziente Ladungsspeicherung und Elektrolytdiffusion erm\u00f6glichte. <\/p>\n\n\n\n R\u00f6ntgenbeugung und Raman-Spektroskopie zeigten au\u00dferdem, dass eine moderate Aktivierungstemperatur (700\u00b0C) eine g\u00fcnstige Graphitierung bewahrte und gleichzeitig die \u00fcberm\u00e4\u00dfige Bildung von Defekten begrenzte, w\u00e4hrend h\u00f6here Temperaturen strukturelle Unordnung hervorriefen. Elementaranalyse und XPS best\u00e4tigten den gleichm\u00e4\u00dfigen Einbau von funktionellen Stickstoff- und Sauerstoffgruppen, einschlie\u00dflich pyridinischer und pyrrolischer Stickstoffspezies, die zu zus\u00e4tzlicher Pseudokapazit\u00e4t und erh\u00f6hter Leitf\u00e4higkeit beitragen. Entsprechende elektrochemische Tests in einem Drei-Elektroden-System ergaben, dass CNPB-700-4 die h\u00f6chste spezifische Kapazit\u00e4t von 344,91 F g-\u00b9 bei 1 A g-\u00b9, eine ausgezeichnete Ratenf\u00e4higkeit und einen niedrigen Innenwiderstand mit 95,44% Kapazit\u00e4tserhalt nach 10.000 Zyklen aufweist. <\/p>\n\n\n\n Beim Zusammenbau zu einem symmetrischen Zwei-Elektroden-Superkondensator erreichte das Material eine hohe Energiedichte von 24,33 Wh kg-\u00b9 und eine Leistungsdichte von 373,71 W kg-\u00b9 und \u00fcbertraf damit viele aus Biomasse gewonnene und kommerzielle Aktivkohlen. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die kontrollierte hydrothermale Aktivierungsmethode direkt die Porenstruktur, die Oberfl\u00e4chenchemie und die Graphitierung steuert, die synergetisch die hervorragende elektrochemische Leistung der aus Zigarettenkippen gewonnenen CNPBs unterst\u00fctzen.<\/p>\n\n\n\n Die Ergebnisse zeigen, dass Zigarettenstummel, die traditionell als Sonderm\u00fcll angesehen werden, in hochwertige Energiespeichermaterialien umgewandelt werden k\u00f6nnen. Die resultierenden Superkondensatoren eignen sich gut f\u00fcr schnell aufladbare, langlebige Anwendungen wie Netzstabilisierung, regeneratives Bremsen und tragbare Elektronik. Wichtig ist, dass diese Arbeit eine skalierbare und umweltfreundliche Strategie f\u00fcr die Umwandlung von Abf\u00e4llen in Ressourcen vorstellt, die mit den Grunds\u00e4tzen der Kreislaufwirtschaft \u00fcbereinstimmt und gleichzeitig die Umweltverschmutzung verringert und nachhaltige Energietechnologien unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff \u00fcbersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen \u00dcbersetzungen an, um eine gr\u00f6\u00dfere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu pr\u00e4sentieren. Da dieser Artikel mit automatischer \u00dcbersetzung \u00fcbersetzt wurde, ist es m\u00f6glich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enth\u00e4lt. Den urspr\u00fcnglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.<\/a><\/p>\n\n\n\n