Gebaseerd op een fundamentele chemische ontdekking door wetenschappers van de Oregon State University, het lijkt erop dat bomen binnenkort een grote rol kunnen spelen bij het maken van hightech energieopslagapparaten.

OSU-chemici hebben ontdekt dat cellulose - het meest voorkomende organische polymeer op aarde en een belangrijk bestanddeel van bomen - in een oven kan worden verwarmd in aanwezigheid van ammoniak, en omgezet in de bouwstenen voor supercondensatoren.

Deze supercondensatoren zijn buitengewoon, high-power energie apparaten met een breed scala aan industriële toepassingen, in alles, van elektronica tot auto's en luchtvaart. Maar wijdverbreid gebruik ervan werd voornamelijk tegengehouden door de kosten en de moeilijkheid om hoogwaardige koolstofelektroden te produceren.

De nieuwe aanpak die zojuist in de staat Oregon is ontdekt, kan stikstof-gedoteerde, nanoporeuze koolstofmembranen - de elektroden van een supercondensator - tegen lage kosten, snel, in een milieuvriendelijk proces. Het enige bijproduct is methaan, die onmiddellijk als brandstof of voor andere doeleinden kunnen worden gebruikt.

"Het gemak, snelheid en potentieel van dit proces is echt spannend, " zei Xiulei (David) Ji, een assistent-professor scheikunde aan het OSU College of Science, en hoofdauteur van een onderzoek waarin de ontdekking werd aangekondigd in Nano-letters , een tijdschrift van de American Chemical Society. Het onderzoek werd gefinancierd door OSU.

"Voor het eerst hebben we bewezen dat je cellulose kunt laten reageren met ammoniak en deze N-gedoteerde nanoporeuze koolstofmembranen kunt maken, " zei Ji. "Het is verrassend dat zo'n basale reactie niet eerder is gemeld. Er zijn niet alleen industriële toepassingen, maar dit opent een heel nieuw wetenschappelijk gebied, het bestuderen van reducerende gasmiddelen voor koolstofactivering.

"We gaan goedkoop hout nemen en er een waardevol hightech product van maken, " hij zei.

Deze koolstofmembranen op nanoschaal zijn buitengewoon dun - een enkele gram ervan kan een oppervlakte hebben van bijna 2, 000 vierkante meter. Dat is een deel van wat ze nuttig maakt in supercondensatoren. En het nieuwe proces dat hiervoor wordt gebruikt, is een eenstapsreactie die snel en goedkoop is. Het begint met zoiets eenvoudigs als een cellulosefilterpapier - conceptueel vergelijkbaar met het papieren wegwerpfilter in een koffiezetapparaat.

De blootstelling aan hoge hitte en ammoniak zet de cellulose om in een nanoporeus koolstofmateriaal dat nodig is voor supercondensatoren, en moet het mogelijk maken ze te produceren, in massa, goedkoper dan voorheen.

Een supercondensator is een soort energieopslagapparaat, maar hij kan veel sneller worden opgeladen dan een batterij en heeft veel meer vermogen. Ze worden meestal gebruikt in elk type apparaat waar snelle stroomopslag en korte, maar er is een krachtige energieafgifte nodig.

Supercondensatoren kunnen worden gebruikt in computers en consumentenelektronica, zoals de flitser in een digitale camera. Ze hebben toepassingen in de zware industrie, en kunnen alles aandrijven, van een kraan tot een vorkheftruck. Een supercondensator kan energie opvangen die anders verloren zou gaan, zoals bij het remmen. En hun vermogen om energie op te slaan kan helpen om de stroom van alternatieve energiesystemen te "versoepelen", zoals windenergie.

Ze kunnen een defibrillator van stroom voorzien, open de noodglijbanen van een vliegtuig en verbeter de efficiëntie van hybride elektrische auto's aanzienlijk.

Naast supercondensatoren, nanoporeuze koolstofmaterialen hebben ook toepassingen bij het adsorberen van gasverontreinigende stoffen, milieufilters, waterbehandeling en andere toepassingen.

"Er zijn veel toepassingen van supercondensatoren over de hele wereld, maar op dit moment wordt het veld beperkt door kosten, "Zei Ji. "Als we dit heel snel gebruiken, eenvoudig proces om deze apparaten veel goedkoper te maken, er kunnen enorme voordelen zijn."