Norra Kinas vägkanter är fulla av lövfällande fenixträd, producerar ett överflöd av fallna löv på hösten. Dessa blad bränns vanligtvis under den kallare årstiden, förvärrar landets luftföroreningsproblem. Utredare i Shandong, Kina, upptäckte nyligen en ny metod för att omvandla detta organiska avfall till ett poröst kolmaterial som kan användas för att producera högteknologisk elektronik. Förskottet redovisas i Journal of Renewable and Sustainable Energy , av AIP Publishing.

Utredarna använde ett flersteg, ändå enkelt, process för att omvandla trädlöv till en form som skulle kunna införlivas i elektroder som aktivt material. De torkade bladen maldes först till ett pulver, värms sedan till 220 grader Celsius i 12 timmar. Detta producerade ett pulver bestående av små kolmikrosfärer. Dessa mikrosfärer behandlades sedan med en lösning av kaliumhydroxid och värmdes upp genom att öka temperaturen i en serie hopp från 450 till 800 C.

Den kemiska behandlingen korroderar ytan på kolmikrosfärerna, gör dem extremt porösa. Slutprodukten, ett svart kolpulver, har en mycket stor yta på grund av närvaron av många små porer som har etsat kemiskt på ytan av mikrosfärerna. Den höga ytan ger slutprodukten dess extraordinära elektriska egenskaper.

Utredarna körde en serie elektrokemiska standardtester på de porösa mikrosfärerna för att kvantifiera deras potential för användning i elektroniska enheter. Ström-spänningskurvorna för dessa material indikerar att ämnet kan vara en utmärkt kondensator. Ytterligare tester visar att materialen är, faktiskt, superkondensatorer, med specifika kapacitanser på 367 Farads/gram, som är över tre gånger högre än värden som ses i vissa grafen-superkondensatorer.

En kondensator är en allmänt använd elektrisk komponent som lagrar energi genom att hålla en laddning på två ledare, separerade från varandra av en isolator. Superkondensatorer kan vanligtvis lagra 10-100 gånger så mycket energi som en vanlig kondensator, och kan ta emot och leverera laddningar mycket snabbare än ett vanligt uppladdningsbart batteri. Av dessa anledningar, superkapacitiva material lovar ett brett utbud av energilagringsbehov, särskilt inom datorteknik och hybrid- eller elfordon.

Forskningen, leds av Hongfang Ma vid Qilu University of Technology, har varit starkt fokuserat på att leta efter sätt att omvandla avfallsbiomassa till porösa kolmaterial som kan användas i energilagringsteknik. Förutom trädlöv, teamet och andra har framgångsrikt omvandlat potatisavfall, majshalm, furu, rishalm och annat jordbruksavfall till kolelektrodmaterial. Professor Ma och hennes kollegor hoppas kunna förbättra de elektrokemiska egenskaperna hos porösa kolmaterial ytterligare genom att optimera beredningsprocessen och tillåta dopning eller modifiering av råmaterialen.

De superkapacitiva egenskaperna hos de porösa kolmikrosfärerna gjorda av fenixträd är högre än de som rapporterats för kolpulver som härrör från andra bioavfallsmaterial. Den finskaliga porösa strukturen verkar vara nyckeln till denna egenskap, eftersom det underlättar kontakten mellan elektrolytjoner och ytan på kolsfärerna, samt att förbättra jonöverföring och diffusion på kolytan. Utredarna hoppas kunna förbättra dessa elektrokemiska egenskaper ytterligare genom att optimera deras process och tillåta dopning eller modifiering av råvarorna.