Химики сделали из древесины электроды для суперконденсаторов

S.-C. Li et al./ Angewandte Chemie, 2018
Китайские химики разработали технологию получения из древесины пористого углеродного материала, который можно использовать как электрод в суперконденсаторах. По удельной емкости и максимальной плотности энергии суперконденсаторы, созданные из такого материала, не уступают современным аналогам, полученным традиционными способами, пишут ученые в Angewandte Chemie.
Основная задача при создании углеродных материалов из природных объектов — придать материалам нужные физические свойства и сделать их достаточно твердыми, упругими или пористыми, а также устойчивыми к внешним воздействиям. Например, недавно ученым удалось получить из древесины упругую губку, которую можно сжимать на 80 процентов без разрушения и без снижения механической прочности. Одно из достоинств углеродных материалов, которые можно получить непосредственно из древесины — их высокая пористость, а соответственно — большая удельная площадь поверхности. Так как углерод, кроме этого, еще и проводит электрический ток, высказывалось предположение, что из древесины можно получать электродные материалы для суперконденсаторов, которые работают за счет запаса заряда в двойном электрическом слое и требуют как раз хорошей проводимости и большой удельной площади поверхности.
Китайские химики под руководством Шу-Хуна Юя (Shu-Hong Yu) из Научно-технологического университета Китая разработали достаточно простую и эффективную технологию, которая позволяет воплотить эти идеи на практике и получить из древесины углеродный аэрогель, которые потом можно использовать в качестве электродов в суперконденсаторах. Предложенный метод получения пористого углеродного материала включает две основные стадии: сначала из древесины нужно получить пористый материал на основе целлюлозных волокон, которые затем с помощью пиролиза переводятся в углеродный материал.
Для получения целлюлозного аэрогеля ученые сначала окисляли древесину с использованием катализатора TEMPO, после чего разделяли на отдельные волокна и из ее водной суспензии с помощью соляной кислоты получали целлюлозный гидрогель. После замены растворителя и последующей сверхкритической сушки из гидрогеля химики получали аэрогель, состоящий из целлюлозных волокон. После карбонизации при 800 градусах Цельсия целлюлозный аэрогель превращался в углеродный, который ученые и предложили использовать в качестве электродного материала.
Авторы исследования отмечают, что потенциально полученные ими аэрогели могут использоваться не только как электроды для суперконденсаторов, но и в качестве подложек для электрокатализаторов, при очистке воды или для получения аккумуляторов.
Стоит отметить, что далеко не впервые ученые предлагают использовать древесину или целлюлозные материалы в качестве основы для суперконденсаторов. Например, в прошлом году ученые разработали гибкий электрод для суперконденсатора с помощью послойного осаждения золотых и оксидных наночастиц на целлюлозные волокна бумаги.
Александр Дубов