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用花生壳制造超级电容器
发布时间:2014-11-30 15:18:20  浏览次数:1126

  在一项突破性研究中,加拿大科学家使用花生壳制造了一种混合钠离子电容器(NIC),消除了传统离子电池和超级电容器之间的差距。

  混合离子电容器能够以静电和电化学方式存储电荷,它以能量和电能的形式为传统电池和超级电容器搭建桥梁。“在传统电池中,阴极往往限制了电池的性能,所以人们首先做的便是将常规阴极更换为超级电容器阴极,”阿尔伯塔大学的David Mitlin表示,他领导了这项研究。这些阴极可以极大地改善这些装置的循环寿命。“离子被吸附至NIC内的电极表面,这避免了由于离子吸附至本体上而引起的电池劣化”,Mitlin补充道。因此具有高表面积的阴极材料成为实现能源电力性能的关键,具有与其他最先进的能量储存装置竞争的实力。

  那么,为什么用花生壳作母体呢?Mitlin说,他们容易得到、价格低廉且商业用途有限,他们最终的归宿多是垃圾填埋场。然而,花生壳并不是随意被选择的,是课题组认为花生壳内外的重要结构特征分别是理想阳极和阴极材料所需要具备的。花生壳内部主要由高度交联的木质素聚合物构成,使其适于组装扩张石墨烯层,以嵌入钠离子作为高效阳极。阴极是一种具有高表面积的石墨烯状材料,由富含纤维素的异质花生外壳合成。

  当整个花生壳被用来合成两极材料时,这个精心挑选的过程突显了该储能设备性能不良。然而,优化后的系统在51.2A/ g的10万次循环后,依然保持88%的容量。由此可见,它的性能足以与锂离子电容器抗衡。

  这肯定是一项不易完成的任务,钠与锂相比具有较大的离子半径,将钠应用于这种能量储存装置是十分困难。然而,钠更便宜且更易掌握。Mitlin承认,研发过程中一直存在很多困难,“很少人真正做到了,但这也是一项挑战,因为现有可查询的文献十分有限。”

  一些材料专家都称赞这项工作。来自中国复旦大学的吴宇平(Yuping Wu)为这项研究中优良的电极循环稳定性所折服,“这些数据表明这种钠离子电容器为实际应用提供了可能”。橡树岭国家实验室的Chengdu Liang,赞赏这个项目但也认识到需要进行更多研究,“这项研究举例说明了使用生物材料作为能量储存设备原料的通用性。然而,每个环境仍需要推敲,因此从实验室到现实世界的应用,还有很长的路要走。”

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