Carbon aerogels zijn ultralicht, geleidende materialen, die uitgebreid worden onderzocht voor toepassingen in supercondensatorelektroden in elektrische auto's en mobiele telefoons. Chinese wetenschappers hebben nu een manier gevonden om deze elektroden duurzaam te maken. De aerogels kunnen rechtstreeks worden verkregen uit cellulose-nanofibrillen, het overvloedige celwandmateriaal in hout, vindt de studie gerapporteerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Supercondensatoren zijn condensatoren die in zeer korte tijd een zeer grote hoeveelheid energie kunnen opnemen en afgeven. De belangrijkste vereisten voor supercondensatorelektroden zijn een groot oppervlak en geleidbaarheid, gecombineerd met een eenvoudige productiemethode. Een ander groeiend probleem bij de productie van supercondensatoren, voornamelijk voor technologieën voor smartphones en elektrische auto's, is duurzaamheid. Echter, duurzame en economische productie van koolstofaerogels als supercondensatorelektrodematerialen is mogelijk, Shu-Hong Yu en collega's van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China voorstellen, Hefei, China.

Carbon aerogels zijn ultralichte geleidende materialen met een zeer groot oppervlak. Ze kunnen worden bereid via twee productieroutes:de eerste en goedkoopste begint met voornamelijk fenolische componenten en produceert aerogels met een verbeterde geleidbaarheid, terwijl de tweede route is gebaseerd op voorlopers van grafeen en koolstof-nanobuis. De laatste methode levert hoogwaardige aerogels op, maar is duur en niet milieuvriendelijk. In hun zoektocht naar verschillende voorlopers, Yu en collega's hebben een overvloedige, veel goedkoper, en duurzame bron:houtpulp.

We zullen, niet echt houtpulp, maar het belangrijkste ingrediënt, nanocellulose. Plantencelwanden worden gestabiliseerd door vezelige nanocellulose, en dit extraheerbare materiaal heeft zeer recentelijk aanzienlijk onderzoek en technologische ontwikkeling gestimuleerd. Het vormt een zeer poreuze, maar zeer stabiel transparant netwerk, en, met behulp van een recente techniek - oxidatie met een radicalenvanger genaamd TEMPO - vormt het een microporeuze hydrogel van sterk georiënteerde cellulose-nanofibrillen met een uniforme breedte en lengte. Omdat organische aerogels worden geproduceerd uit hydrogels door drogen en pyrolyse, de auteurs probeerden pyrolyse van superkritisch of gevriesdroogd nanofibrillated cellulose hydrogel.

Zoals het blijkt, de methode was niet zo eenvoudig als verwacht omdat de vorming van ijskristallen en onvoldoende uitdroging de carbonisatie belemmerden, volgens de auteurs. Hier, een truc hielp. De wetenschappers pyrolyseerden de gedroogde gel in aanwezigheid van de organische zuurkatalysator para-tolueensulfonzuur. De katalysator verlaagde de ontledingstemperatuur en leverde een "mechanisch stabiel en poreus driedimensionaal nanovezelnetwerk" op met een "groot specifiek oppervlak en een hoge elektrische geleidbaarheid, ', melden de auteurs.

De auteurs toonden ook aan dat hun van hout afgeleide koolstofaerogel goed werkte als een bindmiddelvrije elektrode voor supercondensatortoepassingen. Het materiaal vertoonde elektrochemische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met commerciële elektroden. De methode is een interessante en innovatieve manier om duurzame materialen te fabriceren die geschikt zijn voor gebruik in hoogwaardige elektronische apparaten.