Ny proces omdanner biomasseaffald til nyttige elektroniske enheder

Det nordlige Kinas vejkanter er krydret med løvfældende føniks træer, producerer en overflod af nedfaldne blade om efteråret. Disse blade brændes generelt i den koldere årstid, forværre landets luftforureningsproblem. Efterforskere i Shandong, Kina, opdagede for nylig en ny metode til at omdanne dette organiske affaldsstof til et porøst kulstofmateriale, der kan bruges til at producere højteknologisk elektronik. Forskuddet oplyses i Journal of Renewable and Sustainable Energy , af AIP Publishing.

Efterforskerne brugte et multitrin, dog enkelt, proces til at omdanne træblade til en form, der kunne inkorporeres i elektroder som aktive materialer. De tørrede blade blev først malet til et pulver, derefter opvarmet til 220 grader Celsius i 12 timer. Dette producerede et pulver bestående af bittesmå kulstofmikrosfærer. Disse mikrosfærer blev derefter behandlet med en opløsning af kaliumhydroxid og opvarmet ved at øge temperaturen i en række spring fra 450 til 800 C.

Den kemiske behandling korroderer overfladen af ​​kulstofmikrokuglerne, gør dem ekstremt porøse. Det endelige produkt, et sort kulpulver, har et meget højt overfladeareal på grund af tilstedeværelsen af ​​mange små porer, der er kemisk ætset på overfladen af ​​mikrosfærerne. Det høje overfladeareal giver slutproduktet dets ekstraordinære elektriske egenskaber.

Efterforskerne kørte en række standard elektrokemiske tests på de porøse mikrosfærer for at kvantificere deres potentiale til brug i elektroniske enheder. Strøm-spændingskurverne for disse materialer indikerer, at stoffet kunne udgøre en fremragende kondensator. Yderligere test viser, at materialerne er, faktisk, superkondensatorer, med specifikke kapacitanser på 367 Farads/gram, som er over tre gange højere end værdier set i nogle grafen superkondensatorer.

En kondensator er en meget brugt elektrisk komponent, der lagrer energi ved at holde en ladning på to ledere, adskilt fra hinanden af ​​en isolator. Superkondensatorer kan typisk lagre 10-100 gange så meget energi som en almindelig kondensator, og kan acceptere og levere opladninger meget hurtigere end et typisk genopladeligt batteri. Af disse grunde, superkapacitive materialer har et stort løfte om en lang række energilagringsbehov, især inden for computerteknologi og hybrid- eller elektriske køretøjer.

Forskningen, ledet af Hongfang Ma fra Qilu University of Technology, har været stærkt fokuseret på at lede efter måder at konvertere affaldsbiomasse til porøse kulstofmaterialer, der kan bruges i energilagringsteknologi. Ud over træblade, holdet og andre har med succes konverteret kartoffelaffald, majshalm, fyrretræ, rishalm og andet landbrugsaffald til kulstofelektrodematerialer. Professor Ma og hendes kolleger håber at kunne forbedre de elektrokemiske egenskaber af porøse kulstofmaterialer endnu mere ved at optimere fremstillingsprocessen og tillade doping eller modifikation af råmaterialerne.

De superkapacitive egenskaber af de porøse kulstofmikrokugler fremstillet af phoenix-træblade er højere end dem, der er rapporteret for kulstofpulvere afledt af andre bioaffaldsmaterialer. Den fine skala porøse struktur synes at være nøglen til denne egenskab, da det letter kontakt mellem elektrolytioner og overfladen af ​​kulstofkuglerne, samt at forbedre ionoverførsel og diffusion på kulstofoverfladen. Efterforskerne håber at forbedre disse elektrokemiske egenskaber yderligere ved at optimere deres proces og tillade doping eller modifikation af råmaterialerne.