Los investigadores han descubierto una nueva forma de convertir la celulosa en membranas de carbono nanoporosas en un solo paso. Crédito:(Gráfico cortesía de la Universidad Estatal de Oregon)
Basado en un descubrimiento químico fundamental realizado por científicos de la Universidad Estatal de Oregon, parece que los árboles pronto pueden desempeñar un papel importante en la fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía de alta tecnología.
Los químicos de OSU han descubierto que la celulosa, el polímero orgánico más abundante en la Tierra y un componente clave de los árboles, se puede calentar en un horno en presencia de amoníaco. y se convirtió en los componentes básicos de los supercondensadores.
Estos supercondensadores son extraordinarios, dispositivos de energía de alta potencia con una amplia gama de aplicaciones industriales, en todo, desde electrónica hasta automóviles y aviación. Pero su uso generalizado se ha visto frenado principalmente por el costo y la dificultad de producir electrodos de carbono de alta calidad.
El nuevo enfoque que se acaba de descubrir en el estado de Oregon puede producir membranas de carbono nanoporoso, los electrodos de un supercondensador, a bajo costo, rápidamente, en un proceso ambientalmente benigno. El único subproducto es el metano, que podría utilizarse inmediatamente como combustible o para otros fines.
"La facilidad, la velocidad y el potencial de este proceso es realmente emocionante, "dijo Xiulei (David) Ji, un profesor asistente de química en la Facultad de Ciencias de OSU, y autor principal de un estudio que anuncia el descubrimiento en Nano letras , una revista de la American Chemical Society. La investigación fue financiada por OSU.
La celulosa de los árboles cosechados puede convertirse pronto en la base de dispositivos de almacenamiento de energía de alta tecnología. Crédito:USDA
"Por primera vez hemos demostrado que puede reaccionar celulosa con amoníaco y crear estas membranas de carbono nanoporoso dopado con N, "Dijo Ji." Es sorprendente que no se haya informado antes de una reacción tan básica. No solo existen aplicaciones industriales, pero esto abre un área científica completamente nueva, estudiar los agentes reductores de gas para la activación del carbono.
"Vamos a tomar madera barata y convertirla en un valioso producto de alta tecnología, " él dijo.
Estas membranas de carbono a nanoescala son extraordinariamente delgadas:un solo gramo de ellas puede tener una superficie de casi 2, 000 metros cuadrados. Eso es parte de lo que los hace útiles en supercondensadores. Y el nuevo proceso utilizado para hacer esto es una reacción de un solo paso que es rápida y económica. Comienza con algo tan simple como un papel de filtro de celulosa, conceptualmente similar al filtro de papel desechable de una cafetera.
La exposición a altas temperaturas y amoníaco convierte la celulosa en un material de carbono nanoporoso necesario para los supercondensadores. y debería permitir su producción, en masa, más barato que antes.
Un supercondensador es un tipo de dispositivo de almacenamiento de energía, pero se puede recargar mucho más rápido que una batería y tiene mucha más potencia. Se utilizan principalmente en cualquier tipo de dispositivo donde el almacenamiento de energía rápido y corto, pero se necesita una poderosa liberación de energía.
Los supercondensadores se pueden utilizar en computadoras y electrónica de consumo, como el flash de una cámara digital. Tienen aplicaciones en la industria pesada, y pueden accionar cualquier cosa, desde una grúa hasta un montacargas. Un supercondensador puede capturar energía que de otro modo se desperdiciaría, como en las operaciones de frenado. Y sus capacidades de almacenamiento de energía pueden ayudar a "suavizar" el flujo de energía de los sistemas de energía alternativos, como la energía eólica.
Pueden alimentar un desfibrilador, Abra las correderas de emergencia en un avión y mejore en gran medida la eficiencia de los automóviles eléctricos híbridos.
Además de los supercondensadores, Los materiales de carbono nanoporoso también tienen aplicaciones en la adsorción de contaminantes gaseosos, filtros ambientales, tratamiento de aguas y otros usos.
"Hay muchas aplicaciones de supercondensadores en todo el mundo, pero ahora mismo el campo está limitado por el costo, "Dijo Ji." Si usamos esto muy rápido, proceso simple para hacer que estos dispositivos sean mucho menos costosos, podría haber enormes beneficios ".
