As margens das estradas do norte da China são salpicadas de árvores decíduas fênix, produzindo uma abundância de folhas caídas no outono. Essas folhas geralmente são queimadas na estação mais fria, agravando o problema de poluição do ar do país. Investigadores em Shandong, China, descobriu recentemente um novo método para converter esse lixo orgânico em um material de carbono poroso que pode ser usado para produzir eletrônicos de alta tecnologia. O avanço é relatado no Jornal de energia renovável e sustentável , pela AIP Publishing.

Os investigadores usaram uma etapa múltipla, ainda simples, processo para converter folhas de árvore em uma forma que possa ser incorporada a eletrodos como materiais ativos. As folhas secas foram primeiro moídas em pó, em seguida, aquecido a 220 graus Celsius por 12 horas. Isso produziu um pó composto de minúsculas microesferas de carbono. Essas microesferas foram então tratadas com uma solução de hidróxido de potássio e aquecidas pelo aumento da temperatura em uma série de saltos de 450 a 800 C.

O tratamento químico corrói a superfície das microesferas de carbono, tornando-os extremamente porosos. O produto final, um pó de carbono negro, tem uma área de superfície muito alta devido à presença de muitos poros minúsculos que foram quimicamente gravados na superfície das microesferas. A alta área de superfície confere ao produto final suas extraordinárias propriedades elétricas.

Os pesquisadores executaram uma série de testes eletroquímicos padrão nas microesferas porosas para quantificar seu potencial para uso em dispositivos eletrônicos. As curvas de corrente-tensão para esses materiais indicam que a substância poderia ser um excelente capacitor. Outros testes mostram que os materiais são, na verdade, supercapacitores, com capacitâncias específicas de 367 Farads / grama, que são mais de três vezes maiores do que os valores vistos em alguns supercapacitores de grafeno.

Um capacitor é um componente elétrico amplamente utilizado que armazena energia mantendo uma carga em dois condutores, separados uns dos outros por um isolador. Os supercapacitores podem normalmente armazenar 10-100 vezes mais energia do que um capacitor comum, e pode aceitar e fornecer cargas muito mais rápido do que uma bateria recarregável típica. Por estas razões, materiais supercapacitivos são uma grande promessa para uma ampla variedade de necessidades de armazenamento de energia, particularmente em tecnologia de informática e veículos híbridos ou elétricos.

A pesquisa, liderado por Hongfang Ma da Universidade de Tecnologia de Qilu, tem se concentrado fortemente na busca de maneiras de converter biomassa residual em materiais de carbono porosos que podem ser usados ​​em tecnologia de armazenamento de energia. Além das folhas das árvores, a equipe e outros converteram com sucesso os resíduos de batata, palha de milho, Pinhal, palha de arroz e outros resíduos agrícolas em materiais de eletrodo de carbono. A professora Ma e seus colegas esperam melhorar ainda mais as propriedades eletroquímicas de materiais de carbono porosos, otimizando o processo de preparação e permitindo a dopagem ou modificação das matérias-primas.

As propriedades supercapacitivas das microesferas de carbono porosas feitas das folhas da árvore fênix são maiores do que aquelas relatadas para pós de carbono derivados de outros materiais de resíduos biológicos. A estrutura porosa de escala fina parece ser a chave para esta propriedade, uma vez que facilita o contato entre os íons de eletrólito e a superfície das esferas de carbono, além de aumentar a transferência e difusão de íons na superfície do carbono. Os pesquisadores esperam melhorar ainda mais essas propriedades eletroquímicas, otimizando seu processo e permitindo a dopagem ou modificação das matérias-primas.