為減輕環(huán)境壓力 可使用木材超級電容器

研究人員的報告顯示，木材生物碳超級電容器能夠產(chǎn)生與當今活性炭超級電容器相等的電量，但成本卻更低且有利于保護環(huán)境。該報告發(fā)布于《電化學學報》。

報告研究小組組長、伊利諾伊斯大學可持續(xù)技術中心高級研究員Junhua Jiang表示，超級電容器與我們使用的電池相似。電池依賴化學反應持續(xù)生產(chǎn)電能，而超級電容器在其電極上集聚帶電離子，并且在放電時迅速釋放這些離子。這樣一來，它能夠閃電般地提供充足能量(如照相機的閃光燈)，或者即時滿足能源網(wǎng)高峰期需求。

“對于需要即時充電或者需要即時能量供應的應用設備來說，超級電容器是完美配件，因為它能以更低的成本迅速完成充電，”Junhua Jiang說，其在交通、電子、太陽能與風能存儲與配送方面應用前景廣闊。

當今許多超級電容器使用活性炭，而活性炭來自于化石能源。“為了生成活性炭的微結構，即增加孔量并優(yōu)化孔網(wǎng)，需要成本高昂、工序復雜的程序。這道程序的目的在于增加電極表面積，以及提高各孔迅速捕捉并釋放離子的能力。” Junhua Jiang解釋了生成活性炭微結構的原理。

對于木材電容器而言，其木質天然孔狀結構可以直接視作電極表面，因此不必使用復雜的技術制造孔狀結構。而木材生物碳，則可通過低氧加熱木材獲得。

對于某些木材，孔的尺寸與分布非常適合離子快速傳輸。本次研究使用了紅刺柏，但是其他一些木材如楓樹或者櫻桃樹也適用。

通常，在制作超級電容器時，通常需要成本高昂且腐蝕性強的化學物質用來加工活性炭，以此賦予電極必要的物理與化學性質。

“使用這些化學物質可能會對環(huán)境造成影響。我們應該避免或盡可能減輕對環(huán)境的破壞，”Junhua Jiang表示。

Jiang與他的團隊用溫和的硝酸激活生物碳，清除了生物碳的灰燼(如碳酸鈣、碳酸鉀和其他雜質)。該工序還具有另一個好處，硝酸化合物作用產(chǎn)生的溶劑能夠當做化肥使用。

這些簡單的方法顯著降低了生產(chǎn)超級電容器所需的物質與環(huán)境成本。

“生物碳超級電容器的物質成本比活性炭超級電容器要低得多，” Junhua Jiang說。

當生物碳超級電容器使用壽命走到盡頭時，可以粉碎電極并作為有機土壤改良劑使用，這將讓土壤變得更加肥沃。“生物碳物質的性能可與當今高級碳物質相提并論，這包括碳納米管與墨烯材料。這意味著，我們能以更低的物質成本、與環(huán)境成本實現(xiàn)等同的效率。”