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团队利用森林废物开发更便宜,更环保的超级电容器

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研究人员报告说,木材生物炭超级电容器可以生产与今天的活性炭超级电容器一样多的电力成本的一小部分 - 和环保副产品。


任何一种木材都可以通过在低氧室中加热而制成生物炭。有些类型的木材比其他类型的木材更好。图为从左到右是白桦,白松和红雪松。 | L. Brian Stauffer的照片

该报告刊登在Electrochimica Acta杂志上。

这种玉米芯生物炭超级电容器产生足够的能量来驱动LED灯泡。木材生物炭更容易在大规模应用中使用,并具有更多的能源潜力。 |伊利诺斯大学伊利诺伊州可持续技术中心的高级研究工程师江俊华说:“超级电容器是与我们的电池非常相似的功率器件。虽然电池依靠化学反应来产生持续的电能,但超级电容器在其电极(在这种情况下为生物炭)上收集带电离子,并且在放电期间快速释放这些离子。这使得他们能够在短时间内提供强大的爆发能力 - 例如在摄像机闪光期间,或者响应能源网络的高峰需求。他说:“超级电容器非常适合需要即时供电的应用,甚至可以提供恒定的功率 - 如电池,但成本更低。它们在交通运输,电子和太阳能以及风能能源的储存和分配方面非常有用。江泽民说,当今许多超级电容器都使用活性炭 - 通常来自化石燃料来源。 “

”通常使用昂贵且复杂的程序来开发碳的微观结构 - 增加孔隙数量并优化孔隙网络,“他说。 “这增加了电极的表面积和孔隙快速捕获和释放离子的能力。”

在木材生物炭超级电容器中,木材的天然孔结构充当电极表面,无需使用先进的技术来制造精细的孔结构。木材生物炭是通过在低氧环境下加热木材而生产的。

Jiang说,一些树林的孔隙大小和形状对于快速离子转运是理想的。这项新的研究使用红雪松,但枫树和樱桃等其他几种树木也很好。江泽民说,昂贵的和腐蚀性的化学品经常用来制备超级电容器中使用的活性炭,使电极具备所需的物理和化学性能。他说:“使用这些化学品可能会对环境造成一定的影响。 “应该避免或者至少大大减少这个。”

Jiang和他的团队用温和的硝酸活化了他们的生物炭,它冲走了生物炭中的灰分(碳酸钙,碳酸钾和其他杂质)。这个过程的副产品有一个有益的用途,江说:由此产生的硝酸盐化合物的解决方案可以用作肥料。

这些简单的方法大大降低了组装超级电容器的材料和环境成本。 “生物炭生物炭超级电容器生产的材料成本比活性炭低5到10倍”,Jiang说。当生物炭超级电容器达到其使用寿命时,电极可以被粉碎并用作有机土壤修正物,从而增加生育能力。 “

”我们生物炭材料的性能与当今先进的碳材料(包括碳纳米管和石墨烯)的性能相当。

伊利诺伊州有害废弃物研究基金和HeteroFoaM中心(由美国能源部基础研究办公室资助的能源前沿研究中心)支持这一做法。“我们可以以更低的成本和更低的环境成本实现可比的业绩。”学习(奖#DESC0001061)。

来源:伊利诺伊大学香槟分校

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