I bordi delle strade della Cina settentrionale sono disseminati di alberi di fenice decidui, producendo un'abbondanza di foglie cadute in autunno. Queste foglie vengono generalmente bruciate nella stagione più fredda, aggravando il problema dell'inquinamento atmosferico del paese. Investigatori nello Shandong, Cina, ha scoperto di recente un nuovo metodo per convertire questa materia organica di scarto in un materiale di carbonio poroso che può essere utilizzato per produrre elettronica ad alta tecnologia. L'anticipo è riportato nel Journal of Renewable and Sustainable Energy , da AIP Publishing.

Gli investigatori hanno utilizzato un multistep, eppure semplice, processo per convertire le foglie degli alberi in una forma che potrebbe essere incorporata negli elettrodi come materiali attivi. Le foglie essiccate furono prima macinate in polvere, poi riscaldato a 220 gradi Celsius per 12 ore. Questo ha prodotto una polvere composta da minuscole microsfere di carbonio. Queste microsfere sono state poi trattate con una soluzione di idrossido di potassio e riscaldate aumentando la temperatura in una serie di salti da 450 a 800 C.

Il trattamento chimico corrode la superficie delle microsfere di carbonio, rendendoli estremamente porosi. Il prodotto finale, una polvere di carbone nero, ha un'area superficiale molto elevata a causa della presenza di molti minuscoli pori che sono stati attaccati chimicamente sulla superficie delle microsfere. L'elevata superficie conferisce al prodotto finale le sue straordinarie proprietà elettriche.

I ricercatori hanno eseguito una serie di test elettrochimici standard sulle microsfere porose per quantificare il loro potenziale di utilizzo nei dispositivi elettronici. Le curve corrente-tensione per questi materiali indicano che la sostanza potrebbe costituire un ottimo condensatore. Ulteriori test dimostrano che i materiali sono, infatti, supercondensatori, con capacità specifiche di 367 Farad/grammo, che sono oltre tre volte superiori ai valori osservati in alcuni supercondensatori al grafene.

Un condensatore è un componente elettrico ampiamente utilizzato che immagazzina energia trattenendo una carica su due conduttori, separati l'uno dall'altro da un isolante. I supercondensatori possono immagazzinare tipicamente 10-100 volte più energia di un normale condensatore, e può accettare e fornire ricariche molto più velocemente di una tipica batteria ricaricabile. Per queste ragioni, i materiali supercapacitivi sono molto promettenti per un'ampia varietà di esigenze di accumulo di energia, in particolare nella tecnologia informatica e nei veicoli ibridi o elettrici.

La ricerca, guidato da Hongfang Ma della Qilu University of Technology, è stata fortemente concentrata sulla ricerca di modi per convertire la biomassa di scarto in materiali di carbonio porosi che possono essere utilizzati nella tecnologia di stoccaggio dell'energia. Oltre alle foglie degli alberi, il team e altri hanno convertito con successo gli scarti di patate, paglia di mais, legno di pino, paglia di riso e altri rifiuti agricoli in materiali per elettrodi di carbonio. La professoressa Ma ei suoi colleghi sperano di migliorare ulteriormente le proprietà elettrochimiche dei materiali porosi in carbonio ottimizzando il processo di preparazione e consentendo il drogaggio o la modifica delle materie prime.

Le proprietà supercapacitive delle microsfere di carbonio porose realizzate dalle foglie dell'albero di fenice sono superiori a quelle riportate per le polveri di carbonio derivate da altri materiali di scarto biologico. La struttura porosa a scala fine sembra essere la chiave di questa proprietà, poiché facilita il contatto tra gli ioni elettroliti e la superficie delle sfere di carbonio, oltre a migliorare il trasferimento di ioni e la diffusione sulla superficie del carbonio. I ricercatori sperano di migliorare ulteriormente queste proprietà elettrochimiche ottimizzando il loro processo e consentendo il doping o la modifica delle materie prime.