De bermen van Noord-China zijn bezaaid met loofverliezende feniksbomen, in de herfst een overvloed aan gevallen bladeren produceren. Deze bladeren worden over het algemeen verbrand in het koudere seizoen, verergering van het luchtvervuilingsprobleem van het land. Onderzoekers in Shandong, China, ontdekte onlangs een nieuwe methode om deze organische afvalstoffen om te zetten in een poreus koolstofmateriaal dat kan worden gebruikt voor de productie van hightech-elektronica. Het voorschot wordt vermeld in de Tijdschrift voor hernieuwbare en duurzame energie , door AIP Publishing.

De onderzoekers gebruikten een meerstaps, maar eenvoudig, proces om boombladeren om te zetten in een vorm die als actieve materialen in elektroden kan worden verwerkt. De gedroogde bladeren werden eerst vermalen tot poeder, vervolgens 12 uur verwarmd tot 220 graden Celsius. Dit leverde een poeder op dat bestond uit kleine koolstofmicrosferen. Deze microsferen werden vervolgens behandeld met een oplossing van kaliumhydroxide en verwarmd door de temperatuur in een reeks sprongen te verhogen van 450 tot 800 C.

De chemische behandeling tast het oppervlak van de koolstofmicrosferen aan, waardoor ze extreem poreus zijn. Het eindproduct, een zwart koolstofpoeder, heeft een zeer groot oppervlak vanwege de aanwezigheid van vele kleine poriën die chemisch zijn geëtst op het oppervlak van de microsferen. Het hoge oppervlak geeft het eindproduct zijn buitengewone elektrische eigenschappen.

De onderzoekers voerden een reeks standaard elektrochemische tests uit op de poreuze microsferen om hun potentieel voor gebruik in elektronische apparaten te kwantificeren. De stroom-spanningscurven voor deze materialen geven aan dat de stof een uitstekende condensator zou kunnen maken. Verdere tests tonen aan dat de materialen, in feite, supercondensatoren, met specifieke capaciteiten van 367 Farads/gram, die meer dan drie keer hoger zijn dan de waarden die worden gezien in sommige grafeen-supercondensatoren.

Een condensator is een veelgebruikte elektrische component die energie opslaat door een lading op twee geleiders vast te houden, door een isolator van elkaar gescheiden. Supercondensatoren kunnen doorgaans 10-100 keer zoveel energie opslaan als een gewone condensator, en kan ladingen veel sneller accepteren en afleveren dan een typische oplaadbare batterij. Om deze redenen, supercapacitieve materialen zijn veelbelovend voor een breed scala aan energieopslagbehoeften, met name in computertechnologie en hybride of elektrische voertuigen.

Het onderzoek, geleid door Hongfang Ma van de Qilu University of Technology, is sterk gefocust op het zoeken naar manieren om afvalbiomassa om te zetten in poreuze koolstofmaterialen die kunnen worden gebruikt in energieopslagtechnologie. Naast boombladeren, het team en anderen hebben met succes aardappelafval omgezet, maïs stro, dennenhout, rijststro en ander landbouwafval in koolstofelektrodematerialen. Professor Ma en haar collega's hopen de elektrochemische eigenschappen van poreuze koolstofmaterialen nog verder te verbeteren door het bereidingsproces te optimaliseren en doping of modificatie van de grondstoffen mogelijk te maken.

De supercapacitieve eigenschappen van de poreuze koolstofmicrosferen gemaakt van feniksboombladeren zijn hoger dan die gerapporteerd voor koolstofpoeders die zijn afgeleid van andere bioafvalmaterialen. De fijnmazige poreuze structuur lijkt de sleutel tot deze eigenschap te zijn, omdat het het contact tussen elektrolytionen en het oppervlak van de koolstofbollen vergemakkelijkt, evenals het verbeteren van ionenoverdracht en diffusie op het koolstofoppervlak. De onderzoekers hopen deze elektrochemische eigenschappen nog verder te verbeteren door hun proces te optimaliseren en doping of modificatie van de grondstoffen mogelijk te maken.