Fra træer til magt:McMaster-ingeniører bygger bedre energilagringsenhed

McMaster Engineering-forskerne Emily Cranston og Igor Zhitomirsky forvandler træer til energilagringsenheder, der er i stand til at drive alt fra et smart ur til en hybridbil.

Forskerne bruger cellulose, en organisk forbindelse, der findes i planter, bakterie, alger og træer, at bygge mere effektive og længerevarende energilagringsenheder eller kondensatorer. Denne udvikling baner vejen mod produktion af letvægts, fleksibel, og højeffektelektronik, såsom bærbare enheder, bærbare strømforsyninger og hybrid- og elektriske køretøjer.

"I sidste ende er målet med denne forskning at finde måder at drive nuværende og fremtidig teknologi med effektivitet og på en bæredygtig måde, " siger Cranston, hvis fælles forskning for nylig blev offentliggjort i Avancerede materialer. "Det betyder, at man forudser fremtidige teknologibehov og stoler på materialer, der er mere miljøvenlige og ikke er baseret på udtømmende ressourcer.

Cellulose tilbyder fordelene ved høj styrke og fleksibilitet til mange avancerede applikationer; af særlig interesse er nanocellulosebaserede materialer. Værket af Cranston, en assisterende professor i kemiteknik, og Zhitomirsky, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab, demonstrerer en forbedret tredimensionel energilagringsenhed konstrueret ved at fange funktionelle nanopartikler inden for væggene af et nanocelluloseskum.

Skummet er lavet i en forenklet og hurtig et-trins proces. Den anvendte type nanocellulose kaldes cellulosenanokrystaller og ligner ukogte langkornede ris, men med nanometer-dimensioner. I disse nye enheder, 'riskornene' er blevet limet sammen på tilfældige punkter og danner en mesh-lignende struktur med masser af åben plads, derfor materialets ekstremt lette natur. Dette kan bruges til at producere mere bæredygtige kondensatorenheder med højere effekttæthed og hurtigere opladningsevne sammenlignet med genopladelige batterier.

Letvægtskondensatorer med høj effekttæthed er af særlig interesse for udviklingen af ​​hybrid- og elektriske køretøjer. Hurtigopladningsenhederne giver mulighed for betydelige energibesparelser, fordi de kan akkumulere energi under bremsning og frigive den under acceleration.

"Jeg tror på, at de bedste resultater kan opnås, når forskere kombinerer deres ekspertise, " siger Zhitomirsky. "Emily er en fantastisk forskningspartner. Jeg er blevet dybt imponeret over hendes entusiasme, bemærkelsesværdig evne til at organisere teamwork og generere nye ideer."