McMaster Engineering researchers Emily Cranston and Igor Zhitomirsky are turning trees into energy storage devices capable of powering everything from a smart watch to a hybrid car.
The scientists are using cellulose, an organic compound found in plants, bacteria, algae and trees, to build more efficient and longer-lasting energy storage devices or supercapacitors. This development paves the way toward the production of lightweight, flexible, and high-power electronics, such as wearable devices, portable power supplies and hybrid and electric vehicles.
"Ultimately the goal of this research is to find ways to power current and future technology with efficiency and in a sustainable way," says Cranston, whose joint research was recently published in Advanced Materials. "This means anticipating future technology needs and relying on materials that are more environmentally friendly and not based on depleting resources.
Cellulose offers the advantages of high strength and flexibility for many advanced applications; of particular interest are nanocellulose-based materials. The work by Cranston, an assistant chemical engineering professor, and Zhitomirsky, a materials science and engineering professor, demonstrates an improved three-dimensional energy storage device constructed by trapping functional nanoparticles within the walls of a nanocellulose foam.
The foam is made in a simplified and fast one-step process. The type of nanocellulose used is called cellulose nanocrystals and looks like uncooked long-grain rice but with nanometer-dimensions. In these new devices, the 'rice grains' have been glued together at random points forming a mesh-like structure with lots of open space, hence the extremely lightweight nature of the material. This can be used to produce more sustainable capacitor devices with higher power density and faster charging abilities compared to rechargeable batteries.
Lightweight and high-power density capacitors are of particular interest for the development of hybrid and electric vehicles. The fast-charging devices allow for significant energy saving, because they can accumulate energy during braking and release it during acceleration.
"I believe that the best results can be obtained when researchers combine their expertise," Zhitomirsky says. "Emily is an amazing research partner. I have been deeply impressed by her enthusiasm, remarkable ability to organize team work and generate new ideas."
McMaster Engineering researchers Emily Cranston and Igor Zhitomirsky are turning trees into energy storage devices capable of powering everything from a smart watch to a hybrid car.The scientists are using cellulose, an organic compound found in plants, bacteria, algae and trees, to build more efficient and longer-lasting energy storage devices or supercapacitors. This development paves the way toward the production of lightweight, flexible, and high-power electronics, such as wearable devices, portable power supplies and hybrid and electric vehicles."Ultimately the goal of this research is to find ways to power current and future technology with efficiency and in a sustainable way," says Cranston, whose joint research was recently published in Advanced Materials. "This means anticipating future technology needs and relying on materials that are more environmentally friendly and not based on depleting resources.Cellulose offers the advantages of high strength and flexibility for many advanced applications; of particular interest are nanocellulose-based materials. The work by Cranston, an assistant chemical engineering professor, and Zhitomirsky, a materials science and engineering professor, demonstrates an improved three-dimensional energy storage device constructed by trapping functional nanoparticles within the walls of a nanocellulose foam.The foam is made in a simplified and fast one-step process. The type of nanocellulose used is called cellulose nanocrystals and looks like uncooked long-grain rice but with nanometer-dimensions. In these new devices, the 'rice grains' have been glued together at random points forming a mesh-like structure with lots of open space, hence the extremely lightweight nature of the material. This can be used to produce more sustainable capacitor devices with higher power density and faster charging abilities compared to rechargeable batteries.Lightweight and high-power density capacitors are of particular interest for the development of hybrid and electric vehicles. The fast-charging devices allow for significant energy saving, because they can accumulate energy during braking and release it during acceleration."I believe that the best results can be obtained when researchers combine their expertise," Zhitomirsky says. "Emily is an amazing research partner. I have been deeply impressed by her enthusiasm, remarkable ability to organize team work and generate new ideas."
การแปล กรุณารอสักครู่..
วิศวกรรมศาสตร์
McMaster นักวิจัยเอมิลี่ Cranston และ Igor zhitomirsky เปลี่ยนต้นไม้ลงในอุปกรณ์ที่สามารถเปิดเครื่องทุกอย่างจากนาฬิกาสมาร์ทรถไฮบริดที่เก็บพลังงาน
นักวิทยาศาสตร์ใช้เซลลูโลส สารอินทรีย์ที่พบในพืช แบคทีเรีย สาหร่าย และต้นไม้เพื่อสร้างการมีประสิทธิภาพมากขึ้นและอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานที่ยั่งยืนอีกต่อไปหรือซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ .การพัฒนานี้ปูทางสู่การผลิตที่มีน้ำหนักเบา , มีความยืดหยุ่นสูงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น อุปกรณ์เครื่องแต่งตัว , วัสดุไฟฟ้าแบบพกพาและยานพาหนะไฮบริดและไฟฟ้า
" ในที่สุด เป้าหมายของงานวิจัยนี้คือ หาวิธีให้พลังงานในปัจจุบันและอนาคตของเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพและในทางที่ยั่งยืน " ว่า Cranston ,ผู้ร่วมวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวัสดุขั้นสูง . หมายถึง การคาดการณ์ความต้องการเทคโนโลยีในอนาคต และใช้วัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า และไม่สิ้นเปลืองทรัพยากรตาม
เซลลูโลสมีข้อดีของความแข็งสูงและมีความยืดหยุ่นในการใช้งานสูงมาก ที่น่าสนใจ โดยเฉพาะ nanocellulose ตามวัสดุ ผลงานโดย Cranston ,ผู้ช่วยวิศวกรรมเคมี อาจารย์ และ zhitomirsky , วัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตราจารย์ แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงการจัดเก็บพลังงานอุปกรณ์สามมิติ สร้างโดยการดักจับอนุภาคการทำงานภายในผนังของ nanocellulose โฟม
โฟมทำในขั้นตอนเดียวกระบวนการง่ายและรวดเร็วประเภทของ nanocellulose ใช้เรียกว่าเซลลูโลส nanocrystals เหมือนข้าวดิบยาวแต่ขนาดนาโนเมตร . ในอุปกรณ์ใหม่เหล่านี้ , ' ' ข้าวธัญพืชถูกติดกาวเข้าด้วยกันในจุดสุ่มสร้างตาข่ายเช่นโครงสร้างของพื้นที่เปิดโล่งจึงเบามาก ธรรมชาติของวัสดุนี้สามารถใช้ในการผลิตอุปกรณ์ตัวเก็บประจุที่มีค่าความหนาแน่นพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้นและเร็วขึ้นชาร์จความสามารถเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่แบบชาร์จ
เบาและความหนาแน่นของพลังงานสูงตัวเก็บประจุมีความสนใจเฉพาะสำหรับการพัฒนาของไฮบริดและยานพาหนะไฟฟ้า . ชาร์จเร็วอุปกรณ์ให้อย่างประหยัดพลังงานเพราะพวกเขาสามารถสะสมพลังงานในขณะเบรก และปล่อยในอัตราเร่ง
" ผมเชื่อว่าผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสามารถรับได้เมื่อนักวิจัยรวมความเชี่ยวชาญของพวกเขา , " กล่าวว่า " zhitomirsky . เอมิลี่เป็นหุ้นส่วนการวิจัยที่น่าตื่นตาตื่นใจ ผมประทับใจในความกระตือรือร้นของเธอ ที่น่าทึ่ง ความสามารถในการจัดทีมทำงานและสร้างความคิดใหม่
"
การแปล กรุณารอสักครู่..