Бактериальная целлюлоза заменит уголь в батареях — материал идеален для суперконденсаторов

Синтез электродов из очищенных органических волокон открывает путь к созданию накопителей энергии нового поколения, способных выдерживать миллионы циклов мгновенной зарядки. Систематический аузив профильных технологий опубликовали физики индонезийского Университета Хасануддин в издании Journal of Energy Storage.

Носимая электроника и электромобили требуют колоссальной плотности мощности. Суперконденсаторы заряжаются в разы быстрее классических аккумуляторов, однако их эффективность упирается в материалы электродов. Команда под руководством профессора Дахланга Тахира проанализировала данные 49 исследований из базы Scopus. Выбор пал на углерод, полученный из бактериальной целлюлозы (BCC). В отличие от растительных аналогов, этот материал лишен примесей и формирует естественную трехмерную сеть из нановолокон.

Термическая обработка превращает такую биомассу в высокопористый графитоподобный каркас. Главным технологическим барьером долгое время оставалась подготовка сырья. Анализ показал: критически важно сохранить первичную наноструктуру до этапа карбонизации. Лиофилизация (сублимационная сушка вымораживанием) оказалась наиболее эффективным методом, предотвращающим физическое схлопывание влажных волокон при обезвоживании.

Чистый BCC демонстрирует умеренные показатели емкости. Ситуация кардинально меняется при химической активации и гетероатомном легировании. Модификация поверхности увеличивает количество активных узлов. Рекордные параметры зафиксированы у композитных электродов. В них бактериальная целлюлоза работает в связке с псевдоемкостными материалами, накапливая заряд за счет сверхбыстрых поверхностных окислительно-восстановительных реакций. Оптимизированные структуры BCC уже сейчас физически превосходят коммерческий активированный уголь, применяемый в современной электронике.

Источник: EurekAlert!