Kolaerogeler är ultralätta, ledande material, som är omfattande undersökta för tillämpningar i superkondensatorelektroder i elbilar och mobiltelefoner. Kinesiska forskare har nu hittat ett sätt att göra dessa elektroder hållbart. Aerogelerna kan erhållas direkt från cellulosa nanofibriller, det rikliga cellväggsmaterialet i trä, finner studien som rapporterats i tidskriften Angewandte Chemie .

Superkondensatorer är kondensatorer som kan ta upp och frigöra en mycket stor mängd energi på mycket kort tid. Nyckelkrav för superkondensatorelektroder är en stor yta och ledningsförmåga, kombinerat med en enkel produktionsmetod. En annan växande fråga i produktionen av superkondensatorer – främst för smartphones och elbilstekniker – är hållbarhet. Dock, hållbar och ekonomisk produktion av kolaerogeler som superkondensatorelektrodmaterial är möjlig, föreslå Shu-Hong Yu och kollegor från University of Science and Technology i Kina, Hefei, Kina.

Kolaerogeler är ultralätta ledande material med mycket stor yta. De kan framställas på två produktionsvägar:den första och billigaste startar från mestadels fenolkomponenter och producerar aerogeler med förbättrad ledningsförmåga, medan den andra vägen är baserad på grafen- och kol-nanorör-prekursorer. Den senare metoden ger högpresterande aerogeler men är dyr och icke-miljövänlig. I deras sökande efter olika prekursorer, Yu och kollegor har hittat en riklig, mycket billigare, och hållbar källa:trämassa.

Väl, inte riktigt trämassa, men dess viktigaste ingrediens, nanocellulosa. Växtcellsväggar stabiliseras av fibrös nanocellulosa, och detta extraherbara material har helt nyligen stimulerat betydande forskning och teknisk utveckling. Det bildar en mycket porös, men mycket stabilt transparent nätverk, och, med hjälp av en ny teknik – oxidation med en radikalfångare som kallas TEMPO – bildar den en mikroporös hydrogel av högorienterade cellulosananofibriller med en enhetlig bredd och längd. Eftersom organiska aerogeler framställs av hydrogeler genom torkning och pyrolys, författarna försökte pyrolys av superkritiskt eller frystorkad nanofibrillerad cellulosahydrogel.

Som det visar sig, Metoden var inte så okomplicerad som förväntat eftersom iskristallbildning och otillräcklig uttorkning hämmade förkolning, enligt författarna. Här, ett trick hjälpte. Forskarna pyrolyserade den torkade gelén i närvaro av den organiska syrakatalysatorn para-toluensulfonsyra. Katalysatorn sänkte nedbrytningstemperaturen och gav ett "mekaniskt stabilt och poröst tredimensionellt nanofibröst nätverk" med en "stor specifik yta och hög elektrisk ledningsförmåga, " rapporterade författarna.

Författarna visade också att deras trähärledda kolaerogel fungerade bra som en bindemedelsfri elektrod för superkondensatorapplikationer. Materialet uppvisade elektrokemiska egenskaper jämförbara med kommersiella elektroder. Metoden är ett intressant och innovativt sätt att tillverka hållbara material som lämpar sig för användning i högpresterande elektroniska enheter.