科學家展示基於植物的低成本超級電容器 具有出色儲能潛力

據外媒New Atlas報道,超級電容器有可能為電動汽車鋪平道路,在幾分鍾內就能充電,克服了廣泛採用的障礙之一,並且對司機和環境有益。德克薩斯農工大學的科學家們已經展示了一種具有出色儲能潛力的植物型超級電容器,為實現這一目標邁出了一步。

科學家展示基於植物的低成本超級電容器   具有出色儲能潛力

超級電容器幾乎可以在瞬間充電,並在需要時釋放出巨大的能量,是一種具有巨大潛力的儲能技術。我們已經看到了一些有趣的進展,用可持續材料製造設備,包括循環利用的塑料瓶、大麻甚至廢棄的煙頭。

德克薩斯農工大學的團隊希望利用一種天然聚合物,這種稱為木質素的聚合物賦予植物和樹木以剛性,。這是由造紙行業作為廢品大量生產的,實際上我們已經看到了一些有趣的突破,努力將這種聚合物回收到其他產品中,例如更堅固的混凝土和3D打印的生物漿。

然而,新研究的作者希望用它來為一種用於超級電容器電極的材料–二氧化錳。與其他解決方案相比,這種化合物的納米顆粒提供了許多好處,但電化學性能是它們傾向於下降的地方。

科學家展示基於植物的低成本超級電容器   具有出色儲能潛力

「與其他過渡金屬氧化物(如釕或氧化鋅)相比,二氧化錳更便宜,可獲得性豐富,而且更安全,這些過渡金屬氧化物被普遍用於製造電極,」研究作者梁宏說。「但二氧化錳的一個主要缺點是它的導電性較低。」

此前的研究表明,木質素與金屬氧化物的結合可以提升超級電容器電極的電性能,但該團隊希望研究如何能具體增強二氧化錳的功能。於是他們設計了一種超級電容器,其中這兩種成分構成了關鍵的構件。

該團隊首先在普通消毒劑中淨化木質素,然後施加熱量和壓力,使液體分解,使二氧化錳沉積在木質素上。然後用這種混合物塗覆鋁板形成電極,再與另一個由鋁和活性炭製成的電極配對形成超級電容器,中間夾着凝膠電解質。

研究人員介紹說,這種新裝置輕巧、靈活、成本效益高,增加了其作為汽車結構儲能元件的潛力。他們還報告說,它在測試中經受住了極好的考驗,發現它具有「非常穩定的電化學特性」,並且在數千次循環中保持了存儲電荷的能力。

研究人員通過現有的文獻,將其性能與其他先進的超級電容器設計進行了比較,包括那些電極完全由活性炭製成的超級電容器,或石墨烯與其他材料結合的超級電容器。在電容方面,它的表現都優於它們,這通常被用於衡量該器件存儲電荷的指標。當與一種採用二硒化錫製成的電極的超級電容器相比,新裝置提供的電容是其900倍。

「將生物材料集成到儲能設備中一直很棘手,因為很難控制它們所產生的電性能,然後嚴重影響設備的生命周期和性能。」梁宏說。「另外,生物材料的製作過程一般包括化學處理,這對人體有害。我們設計了一種環境友好的儲能裝置,它具有卓越的電氣性能,並且可以輕松、安全地製造,成本也低得多。」

該研究發表在《儲能》雜志上。

來源:cnBeta