Vom Müll zur Energie: Zigarettenkippen werden zu Hochleistungs-Superkondensatoren

Umwandlung von Zigarettenstummeln in Kohlenstoffelektroden mit außergewöhnlicher Langzeitstabilität

05.02.2026

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Durch die Umwandlung dieses gefährlichen Abfalls in fortschrittliche Elektroden aus nanoporösem Kohlenstoff zeigen die Forscher, dass Zigarettenkippen als unerwartete, aber äußerst effektive Ressource für Superkondensatoren dienen können. Die daraus resultierenden Geräte weisen eine hohe Energie- und Leistungsdichte sowie eine außergewöhnliche Langzeitstabilität auf und stellen eine seltene Kombination aus Umweltsanierung und technologischem Wert dar.

Die steigende Nachfrage nach schneller, zuverlässiger und nachhaltiger Energiespeicherung stellt herkömmliche Technologien wie Lithium-Ionen-Batterien in Frage. Superkondensatoren bieten eine überzeugende Alternative, da sie Energie durch elektrostatische Ladungsakkumulation speichern und so ein schnelles Aufladen, eine hohe Leistungsabgabe und eine lange Lebensdauer ermöglichen. Ihre Leistung hängt jedoch stark von den Elektrodenmaterialien ab, insbesondere von der Oberfläche, der Porenstruktur und der elektrischen Leitfähigkeit. Aus Biomasse gewonnene poröse Kohlenstoffe haben als nachhaltige und abstimmbare Elektrodenmaterialien zunehmendes Interesse auf sich gezogen. Zigarettenstummel - die hauptsächlich aus Zellulose und Zelluloseacetat bestehen - stellen eine wenig genutzte Biomasseressource dar, deren polymere Struktur sie bei entsprechender Verarbeitung zu vielversprechenden Ausgangsstoffen für moderne poröse Kohlenstoffe macht.

Eine Studie, die in Energie & Umwelt Nexus am 13. Januar 2026 veröffentlichte Studie des Teams von Leichang Cao von der Universität Henan befasst sich nicht nur mit der dringenden Herausforderung, die Millionen Tonnen Zigarettenkippenabfälle, die jedes Jahr anfallen, zu bewältigen, sondern weist auch auf einen skalierbaren Weg zur Herstellung nachhaltiger, kostengünstiger Elektrodenmaterialien für Energiespeichersysteme der nächsten Generation hin.

In der Studie wurde zunächst eine hydrothermale Carbonisierungs-Pyrolyse-Aktivierungsstrategie angewandt, um Zigarettenkippen in N,O-codotierte hierarchische nanoporöse Biokohlen (CNPBs) umzuwandeln, gefolgt von einer systematischen strukturellen, chemischen und elektrochemischen Charakterisierung, um die Struktur-Performance-Beziehungen aufzuklären. Zigarettenstummel wurden hydrothermal verkohlt, um stickstoffhaltige Hydrokohle mit gestapelten kugelförmigen Morphologien zu bilden, und anschließend mit Kaliumhydroxid (KOH) in verschiedenen Verhältnissen und bei verschiedenen Temperaturen aktiviert, um die Porenarchitektur abzustimmen. Die Rasterelektronenmikroskopie zeigte, dass sich die ursprünglich dichten, glatten Kohlenstoffkugeln nach der KOH-Aktivierung in dreidimensionale, gerüstartige poröse Strukturen verwandelten, wobei sich die Kugeln mit zunehmendem KOH-Verhältnis in lockerere, wabenartige mesoporöse Netzwerke verwandelten, die einen schnellen Ionen- und Elektronentransport begünstigen. Stickstoff-Adsorptions-Desorptions-Analysen zeigten, dass alle aktivierten CNPBs hoch entwickelte mikro-mesoporöse Strukturen aufwiesen, wobei die optimale Probe (CNPB-700-4) eine extrem hohe spezifische Oberfläche von 2.133,5 m² g-¹ und eine ausgewogene Porengrößenverteilung (1-3 nm) aufwies, die eine effiziente Ladungsspeicherung und Elektrolytdiffusion ermöglichte. Röntgenbeugung und Raman-Spektroskopie zeigten außerdem, dass eine moderate Aktivierungstemperatur (700 °C) eine günstige Graphitierung bewahrte und gleichzeitig die übermäßige Bildung von Defekten begrenzte, während höhere Temperaturen strukturelle Unordnung hervorriefen. Elementaranalyse und XPS bestätigten den gleichmäßigen Einbau von funktionellen Stickstoff- und Sauerstoffgruppen, einschließlich pyridinischer und pyrrolischer Stickstoffspezies, die zu zusätzlicher Pseudokapazität und erhöhter Leitfähigkeit beitragen. Entsprechende elektrochemische Tests in einem Drei-Elektroden-System ergaben, dass CNPB-700-4 die höchste spezifische Kapazität von 344,91 F g-¹ bei 1 A g-¹, eine ausgezeichnete Ratenfähigkeit und einen niedrigen Innenwiderstand mit 95,44 % Kapazitätserhalt nach 10.000 Zyklen aufweist. Beim Zusammenbau zu einem symmetrischen Zwei-Elektroden-Superkondensator erreichte das Material eine hohe Energiedichte von 24,33 Wh kg-¹ und eine Leistungsdichte von 373,71 W kg-¹ und übertraf damit viele aus Biomasse gewonnene und kommerzielle Aktivkohlen. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die kontrollierte hydrothermale Aktivierungsmethode direkt die Porenstruktur, die Oberflächenchemie und die Graphitierung steuert, die synergetisch die hervorragende elektrochemische Leistung der aus Zigarettenkippen gewonnenen CNPBs unterstützen.

Die Ergebnisse zeigen, dass Zigarettenstummel, die traditionell als Sondermüll angesehen werden, in hochwertige Energiespeichermaterialien umgewandelt werden können. Die resultierenden Superkondensatoren eignen sich gut für schnell aufladbare, langlebige Anwendungen wie Netzstabilisierung, regeneratives Bremsen und tragbare Elektronik. Wichtig ist, dass diese Arbeit eine skalierbare und umweltfreundliche Strategie für die Umwandlung von Abfällen in Ressourcen vorstellt, die mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft übereinstimmt und gleichzeitig die Umweltverschmutzung verringert und nachhaltige Energietechnologien unterstützt.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Jieni Wang, Chenlin Wei, Haodong Hou, Fangfang Zhang, Chenxiao Liu, Leichang Cao, Shicheng Zhang, Jinglai Zhang, James H. Clark; "N,O co-doped hierarchical nanoporous biochar derived from waste cigarette butts for high-performance energy-storage application"; Energy & Environment Nexus, Volume 2

https://www.chemie.de/news/1188027/vom-muell-zur-energie-zigarettenkippen-werden-zu-hochleistungs-superkondensatoren.html