
Phoenix árbol ( Paulownia imperialis ) hojas. Crédito: US National Park Service, Public Domain
Las carreteras del norte de China están salpicadas de árboles de fénix caducifolios, produciendo una abundancia de hojas caídas en otoño. Estas hojas se queman generalmente en la estación más fría, exacerbando el problema de la contaminación del aire del país. Investigadores en Shandong, China, descubrieron recientemente un nuevo método para convertir este material de desecho orgánico en un material de carbono poroso que se puede utilizar para producir electrónica de alta tecnología. El avance se informa en el Diario de Energía Renovable y Sostenible , por AIP Publishing.
Los investigadores utilizaron un proceso multietapa, aunque simple, para convertir las hojas de los árboles en una forma que pudiera ser incorporada en los electrodos como materiales activos. Las hojas secas se trituraron primero en un polvo, luego se calentaron a 220 grados Celsius durante 12 horas. Esto produjo un polvo compuesto de minúsculas microesferas de carbono . Estas microesferas se trataron entonces con una solución de hidróxido de potasio y se calentaron aumentando la temperatura en una serie de saltos de 450 a 800ºC.
El tratamiento químico corroe la superficie de las microesferas de carbono, haciéndolas extremadamente porosas. El producto final, un polvo de carbón negro, tiene un área superficial muy alta debido a la presencia de muchos poros minúsculos que se han grabado químicamente en la superficie de las microesferas. La alta superficie proporciona al producto final sus extraordinarias propiedades eléctricas.
Los investigadores realizaron una serie de pruebas electroquímicas estándar sobre las microesferas porosas para cuantificar su potencial de uso en dispositivos electrónicos. Las curvas de corriente-voltaje para estos materiales indican que la sustancia podría hacer un condensador excelente. Otros ensayos muestran que los materiales son, de hecho, supercondensadores, con capacitancias específicas de 367 Farads / gramo, que son tres veces más altos que los valores observados en algunos supercapacitores de grafeno .
Galvanostatic carga / descarga (GCD) curvas a diferentes densidades de corriente, de 0,5 a 20A / g. Crédito: Hongfang Ma, Universidad Tecnológica de Qilu
Un condensador es un componente eléctrico ampliamente utilizado que almacena energía al mantener una carga sobre dos conductores, separados entre sí por un aislador. Los supercondensadores pueden almacenar normalmente de 10 a 100 veces más energía que un condensador ordinario y pueden aceptar y entregar cargas mucho más rápido que una batería recargable típica. Por estas razones, los materiales supercapacitivos son muy prometedores para una amplia variedad de necesidades de almacenamiento de energía, particularmente en tecnología informática y vehículos híbridos o eléctricos.
La investigación, dirigida por Hongfang Ma de la Universidad Tecnológica de Qilu, se ha centrado en buscar formas de convertir la biomasa residual en materiales porosos de carbono que se pueden utilizar en la tecnología de almacenamiento de energía. Además de las hojas de los árboles, el equipo y otros han convertido con éxito residuos de papa, paja de maíz, madera de pino, paja de arroz y otros desechos agrícolas en materiales de electrodos de carbono. La profesora Ma y sus colegas esperan mejorar aún más las propiedades electroquímicas de los materiales porosos de carbono optimizando el proceso de preparación y permitiendo el dopaje o la modificación de las materias primas.
Las propiedades supercapacitivas de las microesferas de carbono porosas hechas de hojas de árbol de fénix son más altas que las reportadas para polvos de carbono derivados de otros materiales de residuos biológicos. La estructura porosa de escala fina parece ser clave para esta propiedad, ya que facilita el contacto entre los iones electrolitos y la superficie de las esferas de carbono, así como el aumento de la transferencia de iones y la difusión en la superficie de carbono. Los investigadores esperan mejorar aún más en estas propiedades electroquímicas optimizando su proceso y permitiendo el dopaje o la modificación de las materias primas.
Microscopía electrónica de barrido (SEM) de microesferas de carbono porosas. Crédito: Hongfang Ma, Universidad Tecnológica de Qilu
Referencia del periódico: Journal of Renewable and Sustainable Energy
Fuente: Phys