Ученые используют целлюлозу, органическое соединение, содержащееся в растениях, бактериях, водорослях и деревьях, для создания более эффективных и долговечных устройств хранения энергии или суперконденсаторов. Эта разработка открывает путь к производству легкой, гибкой и мощной электроники, такой как носимые устройства, портативные источники питания, гибридные и электромобили.
«В конечном итоге цель этого исследования состоит в том, чтобы найти способы повысить эффективность и рациональность существующих и будущих технологий», — говорит Крэнстон, совместное исследование которого было недавно опубликовано в Advanced Materials. «Это означает предвидение будущих технологических потребностей и использование более экологически чистых материалов, а не истощения ресурсов.Целлюлоза предлагает преимущества высокой прочности и гибкости для многих сложных приложений; Особый интерес представляют материалы на основе наноцеллюлозы. Работа Крэнстона, доцента химического машиностроения, и Житомирского, профессора материаловедения и инженерии, демонстрирует улучшенное трехмерное устройство хранения энергии, созданное путем захвата функциональных наночастиц в стенках пены наноцеллюлозы.
Пена производится упрощенным и быстрым одноэтапным процессом. Тип используемой наноцеллюлозы называется нанокристаллами целлюлозы и выглядит как сырой длиннозерный рис, но с нанометровыми размерами.
В этих новых устройствах «рисовые зерна» были склеены вместе в случайных точках, образуя сетчатую структуру с большим количеством открытого пространства, отсюда и чрезвычайно легкий характер материала. Это может быть использовано для производства более экологичных конденсаторных устройств с более высокой удельной мощностью и более быстрой способностью зарядки по сравнению с аккумуляторными батареями.Легкие конденсаторы с высокой удельной мощностью представляют особый интерес для разработки гибридных и электромобилей. Устройства быстрой зарядки позволяют значительно экономить энергию, поскольку они могут накапливать энергию во время торможения и высвобождать ее во время разгона.
«Я считаю, что наилучшие результаты можно получить, если исследователи объединят свои знания», — говорит Житомирский. «Эмили — замечательный партнер в исследованиях. Я был глубоко впечатлен ее энтузиазмом, замечательной способностью организовывать командную работу и генерировать новые идеи».