據外媒報道,得州農工大學(Texas A&M University)的研究人員開發了新型儲能裝置。該裝置基于植物打造,靈活、重量輕、性價比高,在不久的將來甚至可以在幾分鐘內為電動汽車充滿電。
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“在儲能設備中應用生物材料一直很棘手,因為很難控制其產生的電氣化性能,這將嚴重影響到設備的生命周期和性能。此外,制造生物材料通常包括危險的化學處理過程。”主要研究人員Dr. Hong Liang表示,“我們設計出一種環保型儲能設備,具有優越的電氣化性能,易于制造,安全,而且成本低得多。”
儲能裝置一般以電池或超級電容器的形式出現。這兩種設備都可以在需要時提供電流,但是存在一些根本性的區別。電池可以在單位體積內存儲大量的電荷,而超級電容器可以在短時間內快速產生大電流。所以,超級電容器為設備充電的速度更快。
超級電容器的內部結構與普通電容器基本相同,二者都可以將電荷存儲在金屬板或電極上。然而,與普通電容器不同的是,超級電容器可以根據不同的用途,采用不同的設計制成不同的尺寸和形狀。此外,超級電容器也可以采用不同的電極材料。
在研究過程中,Liang及其團隊被二氧化錳納米顆粒所吸引,并用這種材料設計出超級電容器的一個電極。Liang稱:“二氧化錳更便宜,儲量也更豐富,比其他過渡金屬氧化物更安全,如氧化釕或氧化鋅,后者被廣泛用于制造電極。但是,二氧化錳的一個明顯缺陷是電導率較低。”
木質素是一種將木材纖維粘合在一起的天然聚合物。以往研究表明,將木質素與金屬氧化物結合在一起使用,可以提高電極的電化學性能。為了制作電極,研究團隊用常見的高錳酸鉀消毒劑,對純化木質素進行處理。然后,施加高溫高壓以啟動氧化反應,使高錳酸鉀分解并將二氧化錳沉積在木質素上。接下來,他們把木質素和二氧化錳混合物涂在鋁板上,形成環保電極。最后,研究人員將凝膠電解質夾在木質素-二氧化錳-鋁電極和另一個由鋁和活性炭制成的電極之間,組裝超級電容器。
測試顯示,這種超級電容器的電化學性能非常穩定。尤其是比電容,即設備存儲電荷的能力,即使經過數千次充放電循環,變化也很小。據觀察,當木質素-二氧化錳達到最佳比例時,該超級電容器的比電容可以達到其他超級電容器的900倍以上。而且,這些超級電容器也非常輕巧靈活,可作為汽車中的結構儲能部件,用途非常廣泛。
Liang說:“在這項研究中,我們采用低成本、可持續的方法,制造出具有優異電化學性能的植物基超級電容器。在不久的將來,我們希望通過只加入綠色可持續成分,使我們的超級電容器成為100%環保的設備。”
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