Biến lá cây thành thiết bị điện tử công nghệ cao

Các nhà khoa học tại Sơn Đông, Trung Quốc đã tìm ra phương pháp chuyển đổi chất thải hữu cơ từ lá cây Phượng Hoàng, một loại cây được trồng phổ biến dọc các con đường ở miền Bắc Trung Quốc, thành vật liệu carbon xốp để sản xuất thiết bị điện tử công nghệ cao.

Theo một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Năng lượng Tái tạo và Bền vững, công trình do nhà nghiên cứu Hongfang Ma thuộc Đại học Công nghệ Qilu dẫn đầu, tập trung chủ yếu vào việc biến chất thải thành vật liệu carbon xốp sử dụng trong công nghệ lưu trữ năng lượng.

Dù quá trình biến lá cây thành chất có thể kết hợp với điện cực để trở thành vật liệu sử dụng trong thiết bị điện tử công nghệ cao đã được nói đến từ lâu, nhưng mới dừng lại ở những giai đoạn đơn giản.

Hình ảnh các hạt carbon xốp chụp bằng kính hiển vi điện tử. (Ảnh: Science Daily).

Theo nhóm nghiên cứu Trung Quốc, trước tiên, lá cây khô được nghiền thành bột rồi đốt nóng ở 220 độ C trong vòng 12 giờ. Kết quả thu được là loại bột gồm các hạt carbon nhỏ. Sau đó bột các-bon được xử lý bằng dung dịch kali hydroxit nhằm tạo độ xốp rồi tiếp tục đốt nóng ở nhiệt độ tăng từ 450 lên 800 độ C.

Sản phẩm cuối cùng các nhà khoa khọc thu được là bột carbon đen có khả năng tích điện phi thường.

Trong hàng loạt các thử nghiệm điện hoá chuẩn, các nhà khoa học nhận thấy vật liệu này có khả năng tạo ra loại siêu tụ điện có dung lượng lên đến 367 Farads/gram, cao gấp 3 lần siêu tụ điện graphene, loại tụ điện ưu việt nhất hiện nay.

Tụ điện là thành phần được sử dụng rộng rãi để lưu trữ năng lượng bằng cách giữ một điện tích trên hai dây dẫn, cách nhau bởi một chất cách điện. Các tụ điện siêu cấp có thể lưu trữ năng lượng gấp 10-100 lần so với tụ điện thông thường.

Chúng có thể nạp và phóng điện nhanh hơn nhiều so với pin thông thường. Vì lý do này, siêu tụ điện được xem là giải pháp tối ưu đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng đặc biệt trong công nghệ máy tính và các phương tiện sử dụng động cơ lai (hybrid) hay chạy điện.

Đặc tính siêu tích điện của vật liệu carbon xốp làm từ lá cây Phượng Hoàng cao hơn hẳn so với bột carbon làm từ vật liệu sinh học khác. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ cải thiện hơn nữa các tính chất điện hóa của vật liệu bằng cách tối ưu hóa quá trình và cho phép pha tạp hoặc thay đổi nguyên liệu.

Ngoài lá cây, nhóm nghiên cứu cũng chuyển đổi thành công chất thải từ khoai tây, thân cây ngô, gỗ thông, rơm rạ và các chất thải nông nghiệp khác thành vật liệu điện cực carbon.