Химики из Университета Штата Орегон обнаружили, что целлюлоза, самый распространенный органический полимер, при нагревании в печи в присутствии аммиака превращается в материал, который может быть использован для создания ионисторов (суперконденсаторов).
Ионисторы — устройства, позволяющие накапливать энергию, широко применяются как в электронике, так и на транспорте. Однако стоимость и сложность изготовления углеродных электродов задерживало их распространение.
Новый метод позволяет производить азот-легированные, микропористые углеродные мембраны — электроды конденсатора большой емкости — дешево, быстро, экологически чисто. Единственным побочным продуктом является метан, который может быть немедленно использован как топливо или для других целей.
«Мы собираемся взять дешевую древесину и превратить ее в ценный продукт высоких технологий», — говорит руководитель проекта Сюлэй Цзи, анонсирующей открытие в Nano Letters, журнале Американского химического общества.
«Впервые мы доказали, что реакция целлюлозы с аммиаком позволяет создать N-легированную микропористую углеродную мембрану, — говорит Цзи. Удивительно, что о такой простой реакции не было известно ранее. Открылась перспектива не просто промышленного использования, это большое новое научное направление».
Углеродные мембраны чрезвычайно тонки — мембрана весом один грамм занимает площадь около 2000 квадратных метров. Это делает их удобными для использования в суперконденсаторах. Немаловажно и то, что новый процесс заключается в проведении одной, быстрой и недорогой химической реакции.
Ионисторы (суперконденсаторы) — устройства для хранения энергии, способные быстро заряжаться и давать больше энергии, чем батареи. Они в основном используются в тех устройствах, в которых требуется короткое, но мощное выделение энергии. Ионистор обладает длительным сроком службы. Проводились исследования по определению максимального числа циклов заряд-разряд. После 100 000 циклов не наблюдалось ухудшения характеристик. Согласно заявлениям сотрудников MIT 2006 года, ионисторы могут в скором времени заменить и обычные аккумуляторы.
Кроме суперконденсаторов, микропористые углеродные материалы могут быть использованы для создания различного рода фильтров.
«Есть много применений для суперконденсаторов во всем мире, но сейчас поле ограничено их стоимостью, — повторяет Цзи. Когда мы начнем широко использовать этот очень быстрый и простой процесс, мы сделаем эти устройства гораздо дешевле, что даст огромные преимущества».