McMaster Engineering researchers Em

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."

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นักวิจัย McMaster วิศวกรรมเอมิลี่แครนสตันและอิกอร์ Zhitomirsky จะเปลี่ยนต้นไม้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานความสามารถในการเปิดเครื่องทุกอย่างจากการดูสมาร์ทเพื่อให้เป็นรถยนต์ไฮบริด. นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้เซลลูโลสเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่พบในพืชแบคทีเรียสาหร่ายและต้นไม้ที่จะสร้างเพิ่มเติม ที่มีประสิทธิภาพและติดทนนานอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลการใช้พลังงานหรือ supercapacitors การพัฒนานี้จะเป็นการปูทางไปสู่การผลิตที่มีน้ำหนักเบาและมีความยืดหยุ่นและอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงเช่นอุปกรณ์สวมใส่อุปกรณ์ไฟฟ้าแบบพกพาและไฮบริดและยานพาหนะไฟฟ้า. "ในที่สุดเป้าหมายของงานวิจัยนี้คือการหาวิธีการที่จะใช้พลังงานเทคโนโลยีในปัจจุบันและอนาคต อย่างมีประสิทธิภาพและในทางที่ยั่งยืน "แครนสตันซึ่งมีการวิจัยร่วมกันเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับการตีพิมพ์ในวัสดุขั้นสูงกล่าวว่า "ซึ่งหมายถึงการคาดการณ์ความต้องการของเทคโนโลยีในอนาคตและอาศัยอยู่กับวัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและไม่ได้ขึ้นอยู่กับทรัพยากรทำลาย. เซลลูโลสมีข้อได้เปรียบของความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นสำหรับการใช้งานขั้นสูงมากที่น่าสนใจโดยเฉพาะเป็นวัสดุ nanocellulose ตามการทำงานโดย Cranston. ศาสตราจารย์วิศวกรรมเคมีช่วยและ Zhitomirsky เป็นวัสดุศาสตร์และอาจารย์วิศวกรรมแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงอุปกรณ์การจัดเก็บพลังงานสามมิติสร้างโดยดักอนุภาคนาโนทำงานอยู่ภายในกำแพงของโฟม nanocellulose ได้. โฟมจะทำในหนึ่งที่ง่ายและรวดเร็ว กระบวนการขั้นตอน. ประเภทของ nanocellulose ใช้เรียกว่านาโนคริสตัลเซลลูโลสและมีลักษณะเช่นข้าวเมล็ดยาวดิบ แต่มีขนาดนาโนเมตร. ในอุปกรณ์ใหม่เหล่านี้ 'ข้าว' ได้รับการติดกาวกันที่จุดสุ่มสร้างโครงสร้างตาข่ายเช่นเดียวกับ จำนวนมากของพื้นที่เปิดโล่งจึงธรรมชาติที่มีน้ำหนักเบามากของวัสดุ. นี้สามารถนำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์ตัวเก็บประจุที่ยั่งยืนมากขึ้นกับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและความสามารถในการได้เร็วขึ้นการเรียกเก็บเงินเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชาร์จ. น้ำหนักเบาและตัวเก็บประจุความหนาแน่นสูงกำลังเป็นที่สนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ การพัฒนายานยนต์ไฮบริดและไฟฟ้า อุปกรณ์ชาร์จอย่างรวดเร็วอนุญาตให้มีการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญเพราะพวกเขาสามารถสะสมพลังงานระหว่างการเบรกและปล่อยมันในขณะเร่ง. "ผมเชื่อว่าผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจะได้รับเมื่อนักวิจัยรวมความเชี่ยวชาญของพวกเขา" Zhitomirsky กล่าวว่า "เอมิลี่เป็นพันธมิตรการวิจัยที่น่าตื่นตาตื่นใจ. ฉันได้รับความประทับใจอย่างล้ำลึกโดยความกระตือรือร้นของเธอสามารถที่โดดเด่นในการจัดระเบียบการทำงานเป็นทีมและสร้างความคิดใหม่."

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

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

"