輕型綠色超級電容器可以快速為設備充電

在一項新的研究中，德克薩斯農工大學的研究人員描述了他們新穎的基于植物的儲能設備，該設備可以在不久的將來在幾分鐘內為電動汽車充電。此外，他們說他們的設備靈活，輕便且具有成本效益。

“將生物材料集成到儲能設備中一直很棘手，因為很難控制其最終的電學性能，從而嚴重影響設備的生命周期和性能。此外，制造生物材料的過程通常包括危險的化學處理。” J. Mike Walker '66機械工程系的Oscar S. Wyatt Jr.洪亮博士。“我們設計了一種環保的儲能設備，該設備具有卓越的電氣性能，并且可以輕松，安全且以更低的成本制造。”

他們的研究在《能源存儲》雜志的六月刊中有概述。

能量存儲設備通常采用電池或超級電容器的形式。盡管兩種類型的設備都可以在需要時提供電流，但它們具有一些根本的區別。雖然電池每單位體積可以存儲大量電荷，但超級電容器在短時間內產生大量電流的效率要高得多。這種電爆發有助于超級電容器快速為設備充電，這與需要更長的時間的電池不同。

超級電容器的內部架構與基本電容器更為一致。這兩種設備都將電荷存儲在金屬板或電極上。但是，與基本電容器不同，超級電容器可以根據預期應用制成不同的尺寸，形狀和設計。此外，超級電容器電極也可以由不同的材料制成。

對于他們的工作，Liang和她的團隊吸引了二氧化錳納米顆粒，用于設計兩個超級電容器電極之一。

梁說：“與通常用于制造電極的其他過渡金屬氧化物(如釕或氧化鋅)相比，二氧化錳更便宜，數量眾多且更安全。” “但是二氧化錳的主要缺點是其電導率較低。”

過去的研究表明，木質素是一種將木材纖維粘合在一起的天然聚合物，與金屬氧化物一起使用可增強電極的電化學性能。但是，梁說，很少有研究試圖將二氧化錳和木質素結合起來利用它們的兩個有用特性。

為了制造電極，Liang和她的團隊用一種常用的消毒劑高錳酸鉀處理了純化的木質素。然后，他們施加較高的熱量和壓力以引發氧化反應，從而導致高錳酸鉀分解并在木質素上沉積二氧化錳。接下來，他們將木質素和二氧化錳混合物涂覆在鋁板上以形成綠色電極。最終，研究人員通過將凝膠電解質夾在木質素-二氧化錳-鋁電極與另一個由鋁和活性炭制成的電極之間來組裝超級電容器。

通過測試新設計的綠色電極，他們發現其超級電容器具有非常穩定的電化學性能。特別是，即使經過數千次充電和放電循環，比電容或設備存儲電荷的能力也幾乎沒有變化。同樣，對于最佳的木質素-二氧化錳比率，觀察到的比電容比其他超級電容器的報道電容高900倍。

Liang指出，這些超級電容器也非常輕巧和靈活。這些特性擴展了它們在例如車輛中用作結構儲能元件的用途。

梁說：“在這項研究中，我們已經能夠使用低成本，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，我們希望僅采用綠色，可持續的成分，使我們的超級電容器100%環保。”