McMaster Engineering-forskarna Emily Cranston och Igor Zhitomirsky förvandlar träd till energilagringsenheter som kan driva allt från en smart klocka till en hybridbil.

Forskarna använder cellulosa, en organisk förening som finns i växter, bakterie, alger och träd, att bygga effektivare och mer hållbara energilagringsenheter eller superkondensatorer. Denna utveckling banar väg mot produktion av lätta, flexibel, och högeffektselektronik, såsom bärbara enheter, bärbara nätaggregat och hybrid- och elfordon.

"I slutändan är målet med denna forskning att hitta sätt att driva nuvarande och framtida teknik med effektivitet och på ett hållbart sätt, " säger Cranston, vars gemensamma forskning nyligen publicerades i Avancerade material . "Detta innebär att förutse framtida teknikbehov och förlita sig på material som är mer miljövänliga och inte baserat på uttömmande resurser.

Cellulosa erbjuder fördelarna med hög styrka och flexibilitet för många avancerade applikationer; av särskilt intresse är nanocellulosabaserade material. Verket av Cranston, en biträdande professor i kemiteknik, och Zhitomirsky, professor i materialvetenskap och teknik, demonstrerar en förbättrad tredimensionell energilagringsanordning konstruerad genom att fånga funktionella nanopartiklar inom väggarna av ett nanocellulosaskum.

Skummet är tillverkat i en förenklad och snabb process i ett steg. Den typ av nanocellulosa som används kallas cellulosananokristaller och ser ut som okokt långkornigt ris men med nanometermått. I dessa nya enheter, "riskornen" har limmats ihop på slumpmässiga punkter och bildar en nätliknande struktur med mycket öppet utrymme, därav materialets extremt lätta karaktär. Detta kan användas för att producera mer hållbara kondensatorenheter med högre effekttäthet och snabbare laddningsförmåga jämfört med laddningsbara batterier.

Lättviktskondensatorer med hög effekttäthet är av särskilt intresse för utvecklingen av hybrid- och elfordon. Snabbladdningsenheterna möjliggör betydande energibesparingar, eftersom de kan samla energi under inbromsning och släppa den under acceleration.

"Jag tror att de bästa resultaten kan uppnås när forskare kombinerar sin expertis, " Zhitomirsky säger. "Emily är en fantastisk forskningspartner. Jag har blivit djupt imponerad av hennes entusiasm, enastående förmåga att organisera lagarbete och generera nya idéer."