Des chercheurs ont découvert une nouvelle façon de transformer la cellulose en membranes nanoporeuses de carbone en une seule étape. Crédit :(Graphique avec l'aimable autorisation de l'Oregon State University)
Basé sur une découverte chimique fondamentale par des scientifiques de l'Oregon State University, il semble que les arbres pourraient bientôt jouer un rôle majeur dans la fabrication de dispositifs de stockage d'énergie de haute technologie.
Les chimistes de l'OSU ont découvert que la cellulose - le polymère organique le plus abondant sur Terre et un composant clé des arbres - peut être chauffée dans un four en présence d'ammoniac, et transformés en blocs de construction pour les supercondensateurs.
Ces supercondensateurs sont extraordinaires, dispositifs énergétiques de haute puissance avec une large gamme d'applications industrielles, dans tout, de l'électronique aux automobiles et à l'aviation. Mais leur utilisation généralisée a été freinée principalement par le coût et la difficulté de produire des électrodes en carbone de haute qualité.
La nouvelle approche qui vient d'être découverte dans l'État de l'Oregon peut produire des produits dopés à l'azote, des membranes nanoporeuses en carbone – les électrodes d'un supercondensateur – à faible coût, vite, dans un processus respectueux de l'environnement. Le seul sous-produit est le méthane, qui pourrait être utilisé immédiatement comme combustible ou à d'autres fins.
"La facilité, la vitesse et le potentiel de ce processus sont vraiment passionnants, " a déclaré Xiulei (David) Ji, professeur adjoint de chimie à l'OSU College of Science, et auteur principal d'une étude annonçant la découverte dans Lettres nano , un journal de l'American Chemical Society. La recherche a été financée par l'OSU.
La cellulose des arbres récoltés pourrait bientôt devenir la base de dispositifs de stockage d'énergie de haute technologie. Crédit :USDA
"Pour la première fois, nous avons prouvé que vous pouvez faire réagir la cellulose avec de l'ammoniac et créer ces membranes de carbone nanoporeuses dopées N, " dit Ji. " C'est surprenant qu'une réaction aussi basique n'ait pas été rapportée auparavant. Il existe non seulement des applications industrielles, mais cela ouvre un tout nouveau domaine scientifique, l'étude des gaz réducteurs pour l'activation du carbone.
"Nous allons prendre du bois bon marché et le transformer en un précieux produit de haute technologie, " il a dit.
Ces membranes de carbone à l'échelle nanométrique sont extraordinairement minces - un seul gramme d'entre elles peut avoir une surface de près de 2, 000 mètres carrés. C'est en partie ce qui les rend utiles dans les supercondensateurs. Et le nouveau processus utilisé pour ce faire est une réaction en une seule étape qui est rapide et peu coûteuse. Cela commence par quelque chose d'aussi simple qu'un papier filtre en cellulose - conceptuellement similaire au filtre en papier jetable d'une cafetière.
L'exposition à une chaleur élevée et à l'ammoniac convertit la cellulose en un matériau carboné nanoporeux nécessaire aux supercondensateurs, et doit permettre leur production, en masse, moins cher qu'avant.
Un supercondensateur est un type de dispositif de stockage d'énergie, mais il peut être rechargé beaucoup plus rapidement qu'une batterie et a beaucoup plus de puissance. Ils sont principalement utilisés dans tout type d'appareil où le stockage d'énergie rapide et court, mais une puissante libération d'énergie est nécessaire.
Les supercondensateurs peuvent être utilisés dans les ordinateurs et l'électronique grand public, comme le flash d'un appareil photo numérique. Ils ont des applications dans l'industrie lourde, et sont capables d'alimenter n'importe quoi, d'une grue à un chariot élévateur. Un supercondensateur peut capturer de l'énergie qui pourrait autrement être gaspillée, comme dans les opérations de freinage. Et leurs capacités de stockage d'énergie peuvent aider à « lisser » le flux d'énergie des systèmes d'énergie alternative, comme l'énergie éolienne.
Ils peuvent alimenter un défibrillateur, ouvrez les glissières d'urgence d'un avion et améliorez considérablement l'efficacité des automobiles électriques hybrides.
Outre les supercondensateurs, les matériaux carbonés nanoporeux ont également des applications dans l'adsorption de polluants gazeux, filtres environnementaux, traitement de l'eau et autres utilisations.
« Il existe de nombreuses applications des supercondensateurs à travers le monde, mais en ce moment, le domaine est limité par le coût, " Ji a dit. " Si nous utilisons ceci très rapidement, processus simple pour rendre ces appareils beaucoup moins chers, il pourrait y avoir d'énormes avantages."
