Gli aerogel di carbonio sono ultraleggeri, materiali conduttivi, che sono ampiamente studiati per applicazioni in elettrodi di supercondensatori in auto elettriche e telefoni cellulari. Gli scienziati cinesi hanno ora trovato un modo per realizzare questi elettrodi in modo sostenibile. Gli aerogel possono essere ottenuti direttamente da nanofibrille di cellulosa, l'abbondante materiale della parete cellulare nel legno, trova lo studio riportato sulla rivista Angewandte Chemie .

I supercondensatori sono condensatori che possono assorbire e rilasciare una quantità molto grande di energia in un tempo molto breve. I requisiti chiave per gli elettrodi del supercondensatore sono un'ampia superficie e conduttività, combinato con un metodo di produzione semplice. Un altro problema crescente nella produzione di supercondensatori, principalmente per le tecnologie degli smartphone e delle auto elettriche, è la sostenibilità. Però, è possibile la produzione sostenibile ed economica di aerogel di carbonio come materiali per elettrodi supercondensatori, propongono Shu-Hong Yu e colleghi dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, Hefei, Cina.

Gli aerogel di carbonio sono materiali conduttivi ultraleggeri con una superficie molto ampia. Possono essere preparati da due vie di produzione:la prima e più economica parte da componenti prevalentemente fenolici e produce aerogel con conducibilità migliorabile, mentre la seconda via si basa sui precursori del grafene e dei nanotubi di carbonio. Quest'ultimo metodo fornisce aerogel ad alte prestazioni ma è costoso e non rispettoso dell'ambiente. Nella loro ricerca di diversi precursori, Yu e colleghi hanno trovato un abbondante, molto meno costoso, e fonte sostenibile:pasta di legno.

Bene, non proprio pasta di legno, ma il suo ingrediente principale, nanocellulosa. Le pareti cellulari delle piante sono stabilizzate da nanocellulosa fibrosa, e questo materiale estraibile ha stimolato in tempi molto recenti una consistente ricerca e sviluppo tecnologico. Forma un materiale altamente poroso, ma rete trasparente molto stabile, e, con l'aiuto di una tecnica recente, l'ossidazione con uno scavenger di radicali chiamato TEMPO, forma un idrogel microporoso di nanofibrille di cellulosa altamente orientate con larghezza e lunghezza uniformi. Poiché gli aerogel organici sono prodotti da idrogel mediante essiccazione e pirolisi, gli autori hanno tentato la pirolisi di idrogel di cellulosa nanofibrillato supercritico o liofilizzato.

Come risulta, il metodo non era così semplice come previsto perché la formazione di cristalli di ghiaccio e la disidratazione insufficiente hanno ostacolato la carbonizzazione, secondo gli autori. Qui, un trucco ha aiutato. Gli scienziati hanno pirolizzato il gel essiccato in presenza dell'acido para-toluensolfonico catalizzatore di acido organico. Il catalizzatore ha abbassato la temperatura di decomposizione e ha prodotto una "rete nanofibrosa tridimensionale meccanicamente stabile e porosa" caratterizzata da "un'ampia superficie specifica e un'elevata conduttività elettrica, " hanno riferito gli autori.

Gli autori hanno anche dimostrato che il loro aerogel di carbonio derivato dal legno ha funzionato bene come elettrodo privo di leganti per applicazioni di supercondensatori. Il materiale ha mostrato proprietà elettrochimiche paragonabili agli elettrodi commerciali. Il metodo è un modo interessante e innovativo per fabbricare materiali sostenibili adatti all'uso in dispositivi elettronici ad alte prestazioni.