Lá cây phượng được trồng phổ biến thường được dùng để đốt trong mùa lạnh, làm vấn đề ô nhiễm không khí của Trung Quốctrầm trọng hơn. Các nhà điều tra ở Sơn Đông, Trung Quốc, đã phát hiện ra một phương pháp mới biến chất thải hữu cơ này thành vật liệu cacbon xốp có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị điện tử công nghệ cao.
Lá cây phượng được trồng phổ biến thường được dùng để đốt trong mùa lạnh, làm vấn đề ô nhiễm không khí của Trung Quốctrầm trọng hơn. Các nhà điều tra ở Sơn Đông, Trung Quốc, đã phát hiện ra một phương pháp mới biến chất thải hữu cơ này thành vật liệu cacbon xốp có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị điện tử công nghệ cao. Nghiên cứu này được đăng trên Tạp chí năng lượng tái tạo và bền vững, của nhà xuất bản AIP.
|
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một quá trình nhiều bước nhưng đơn giản, chuyển đổi lá cây thành một hình thái có thể được kết hợp vào các điện cực làm vật liệu hoạt tính. Đầu tiên lá khô được nghiền thành bột, sau đó đốt nóng tới 220oC trong 12 giờ. Từ đây tạo ra một loại bột hạt carbon siêu nhỏ. Hạt carbon được xử lý bằng dung dịch kali hydroxit và được đốt nóng với nhiệt độ tăng dần từ 45o lên 80oC.
Việc xử lý hóa học bào mòn bề mặt của các hạt carbon, làm cho chúng trở nên rất xốp. Sản phẩm cuối cùng là bột carbon đen có diện tích bề mặt rất lớn do có nhiều lỗ nhỏ xíu đã được xử lý hóa chất trên bề mặt hạt. Diện tích bề mặt lớnlàm cho thành phẩm cuối cùng có đặc tính điện đặc biệt.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một loạt các thử nghiệm điện hóa tiêu chuẩn với các hạt cầu xốp này để xác định tiềm năng sử dụng của chúng trong các thiết bị điện tử. Dòng điện áp uốn cong chỉ ra rằng vật liệu mới có thể tạo ra một tụ điện hiệu quả. Các thử nghiệm tiếp theo cho thấy vật liệu mới trên thực tế là các siêu tụ điện với dung lượng 367 Farads/gram, cao gấp 3 lần so với các giá trị thấy được trong một số siêu tụ điện graphene.
Tụ điện là một thành phần điện được sử dụng rộng rãi để lưu trữ năng lượng, nó giữ một điện tích trên hai dây dẫn, cách nhau bởi một chất cách điện. Các siêu tụ điện thường có thể lưu trữ năng lượng gấp 10-100 lần so với tụ điện thông thường và có thể nạp và phân phối điện nhanh hơn so với pin sạc thông thường. Vì những lý do này, vật liệu siêu bền có triển vọng với rất nhiều nhu cầu lưu giữ năng lượng, đặc biệt là trong công nghệ máy tính và xe lai hoặc xe điện.
Nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào việc tìm kiếm các cách chuyển đổi sinh khối rác thảithành vật liệu carbon xốp có thể được sử dụng trong công nghệ lưu trữ năng lượng. Ngoài lá cây, nhóm nghiên cứu và những nhóm khác đã chuyển đổi thành công vỏ khoai tây, râu ngô, gỗ thông, rơm rạ và các chất thải nông nghiệp khác thành vật liệu điện cực carbon.
Các tính chất siêu tụ của carbon xốp được làm từ lá cây phượng cao hơn so với bột carbon được tạo ra từ các vật liệu sinh học khác. Cấu trúc xốp mịn là chìa khoá của tính chất này, vì nó tạo điều kiện tiếp xúc giữa ion điện phân và bề mặt của các mặt cầu cacbon cũng như tăng cường sự di chuyển và khuếch tán ion trên bề mặt carbon.Các nhà khoa học hy vọng sẽ cải thiện hơn nữa tính chất điện hóa của các vật liệu carbon xốp bằng cách tối ưu hóa quá trình chuẩn bị và cho phép pha tạp hoặc thay đổi nguyên liệu thô.
Theo khoahoc
