McMaster Engineering-onderzoekers Emily Cranston en Igor Zhitomirsky veranderen bomen in apparaten voor energieopslag die alles kunnen voeden, van een slim horloge tot een hybride auto.

De wetenschappers gebruiken cellulose, een organische verbinding die in planten voorkomt, bacteriën, algen en bomen, om efficiëntere en duurzamere energieopslagapparaten of condensatoren te bouwen. Deze ontwikkeling effent de weg naar de productie van lichtgewicht, flexibel, en krachtige elektronica, zoals draagbare apparaten, draagbare voedingen en hybride en elektrische voertuigen.

"Uiteindelijk is het doel van dit onderzoek om manieren te vinden om huidige en toekomstige technologie efficiënt en op een duurzame manier van stroom te voorzien, " zegt Cranston, wiens gezamenlijke onderzoek onlangs werd gepubliceerd in Geavanceerde materialen. "Dit betekent anticiperen op toekomstige technologische behoeften en vertrouwen op materialen die milieuvriendelijker zijn en niet gebaseerd zijn op uitputting van hulpbronnen.

Cellulose biedt de voordelen van hoge sterkte en flexibiliteit voor veel geavanceerde toepassingen; van bijzonder belang zijn op nanocellulose gebaseerde materialen. Het werk van Cranston, een assistent-professor chemische technologie, en Zjitomirsky, een professor materiaalwetenschappen en techniek, demonstreert een verbeterd driedimensionaal energieopslagapparaat dat is geconstrueerd door functionele nanodeeltjes op te sluiten in de wanden van een nanocelluloseschuim.

Het schuim wordt gemaakt in een vereenvoudigd en snel proces in één stap. Het type nanocellulose dat wordt gebruikt, wordt cellulose-nanokristallen genoemd en ziet eruit als ongekookte langkorrelige rijst, maar met nanometer-afmetingen. In deze nieuwe apparaten de 'rijstkorrels' zijn op willekeurige punten aan elkaar gelijmd en vormen zo een gaasachtige structuur met veel open ruimte, vandaar het extreem lichtgewicht karakter van het materiaal. Dit kan worden gebruikt om duurzamere condensatorapparaten te produceren met een hogere vermogensdichtheid en snellere oplaadmogelijkheden in vergelijking met oplaadbare batterijen.

Lichtgewicht condensatoren met een hoge vermogensdichtheid zijn van bijzonder belang voor de ontwikkeling van hybride en elektrische voertuigen. De snellaadapparaten zorgen voor een aanzienlijke energiebesparing, omdat ze tijdens het remmen energie kunnen verzamelen en bij acceleratie weer kunnen vrijgeven.

"Ik geloof dat de beste resultaten kunnen worden behaald wanneer onderzoekers hun expertise combineren, " zegt Zhitomirsky. "Emily is een geweldige onderzoekspartner. Ik ben diep onder de indruk van haar enthousiasme, opmerkelijk vermogen om teamwerk te organiseren en nieuwe ideeën te genereren."