大发现，木材中的超级电容器

碳气凝胶是一种超轻的导电材料，其被广泛的应用于电动汽车和手机的超级电容器电极上。来自中国的科学家现在已经找到了一种来使这些电极具有可持续性的方法。那就是直接从纤维素纳米纤维（木材中的含有的一种丰富的细胞壁材料）中获得气凝胶，该研究报告刊登在AngewandteChemie杂志(题目为“Wood-Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels”)中。

木材超级电容器。来自纳米原纤化纤维素的超薄碳纳米纤维气凝胶制成的的可持续高导电电极材料。

超级电容器是一种可以在很短的时间内吸收和释放大量能量的电容器。其关键是通过结合简单的生产方法来获得大的表面积和好的电导率。超级电容器生产中另一个日益增长的问题是它的可持续发展性——主要表现在智能手机和电动汽车技术上。然而，来自中国科学技术大学的俞书宏和他的同事提出：作为超级电容器电极材料的碳气凝胶的可持续性生产和经济性生产是具有很大的潜力的。

碳气凝胶是一种具有非常大表面积的超轻导电材料。它们可以通过两种生产路线来制备：第一种即最便宜的，主要来自酚类成分，并产生具有优良导电性的气凝胶，而第二种路线是以石墨烯和碳纳米管前驱体为基础来制造的。后一种方法可提供具有高性能的气凝胶，但价格昂贵且不环保。俞书宏和他的同事在寻找不同的前驱体时发现了一种丰富的，更便宜和可持续的原料：木浆。

然而，并不是使用真正的木浆，而是它的主要成分——纳米纤维素。纤维状纳米纤维素使植物细胞壁具有稳定性，并且这种可提取的物质最近促进了大量的研究和技术发展。它形成一个高度多孔但非常稳定的透明网络，并且借助于最新的技术——通过一种称为TEMPO的自由基清除剂进行氧化——从而形成具有均匀宽度和长度的高取向纤维素纳米纤维的微孔水凝胶。由于有机气凝胶是通过干燥和热解水凝胶而获得的，因此作者试图通过对超临界或冷冻干燥的纳米纤维水凝胶进行热解。

据研究员所说：“事实证明，该方法并不像预期的那样简单，因为冰晶形成和脱水不足都阻碍了碳化。”但是在这里，我们获得了一个小技巧的帮助。科学家们在有机酸催化剂对甲苯磺酸存在下热解干燥的凝胶。作者价绍，该催化剂降低了分解温度，并产生了“大比表面积和高导电率”的“具有机械稳定和多孔三维的纳米纤维网络”。

作者还表明，在超级电容器的应用上，他们的木材原料——碳气凝胶可以很好地制造无粘合剂电极。该材料表现出了与商用电极相当的电化学性能。该方法在制造高性能电子器件的可持续材料上，是非常有趣并具有创新性的。

来源：新材料在线