Vom Baum zum Strom: Ingenieure bauen bessere Energiespeicher | 2020

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Anonim

Mit Zellulose, einer organischen Verbindung aus Pflanzen, Bakterien, Algen und Bäumen, bauen die Wissenschaftler effizientere und langlebigere Energiespeicher oder Superkondensatoren. Diese Entwicklung ebnet den Weg für die Herstellung leichter, flexibler und leistungsstarker Elektronikgeräte wie tragbare Geräte, tragbare Netzteile sowie Hybrid- und Elektrofahrzeuge.

"Letztendlich ist es das Ziel dieser Forschung, Wege zu finden, um aktuelle und zukünftige Technologien effizient und auf nachhaltige Weise zu betreiben", sagt Cranston, dessen gemeinsame Forschung kürzlich in veröffentlicht wurde Fortgeschrittene Werkstoffe . "Dies bedeutet, den zukünftigen Technologiebedarf zu antizipieren und sich auf Materialien zu verlassen, die umweltfreundlicher sind und nicht auf einem Ressourcenverbrauch beruhen.

Cellulose bietet die Vorteile einer hohen Festigkeit und Flexibilität für viele fortgeschrittene Anwendungen; von besonderem Interesse sind nanocellulosebasierte Materialien. Die Arbeit von Cranston, Professor für chemische Verfahrenstechnik, und Zhitomirsky, Professor für Materialwissenschaften und -technik, zeigt einen verbesserten dreidimensionalen Energiespeicher, der durch das Einfangen von funktionellen Nanopartikeln in den Wänden eines Nanocelluloseschaums aufgebaut wurde.

Der Schaum wird in einem einfachen und schnellen Einschrittverfahren hergestellt. Die Art der verwendeten Nanocellulose wird als Cellulosenanokristalle bezeichnet und sieht aus wie ungekochter Langkornreis, jedoch mit Nanometermaß. Bei diesen neuen Vorrichtungen wurden die "Reiskörner" an zufälligen Stellen zusammengeklebt, um eine netzartige Struktur mit viel Freiraum zu bilden, weshalb das Material extrem leicht ist. Dies kann verwendet werden, um nachhaltigere Kondensatorvorrichtungen mit einer höheren Leistungsdichte und schnelleren Ladefähigkeiten im Vergleich zu wiederaufladbaren Batterien herzustellen.

Leichte Kondensatoren mit hoher Leistungsdichte sind für die Entwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen von besonderem Interesse. Die Schnellladegeräte ermöglichen eine erhebliche Energieeinsparung, da sie beim Bremsen Energie speichern und beim Beschleunigen wieder abgeben können.

"Ich glaube, dass die besten Ergebnisse erzielt werden können, wenn Forscher ihre Fachkenntnisse kombinieren", sagt Zhitomirsky. "Emily ist eine großartige Forschungspartnerin. Ich war tief beeindruckt von ihrer Begeisterung, ihrer bemerkenswerten Fähigkeit, Teamarbeit zu organisieren und neue Ideen zu generieren."