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

“將生物材料集成到儲能設(shè)備中一直很棘手，因?yàn)楹茈y控制其最終的電學(xué)性能，從而嚴(yán)重影響設(shè)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(xué)處理。” J. Mike Walker '66機(jī)械工程系的Oscar S. Wyatt Jr.洪亮博士。“我們設(shè)計(jì)了一種環(huán)保的儲能設(shè)備，該設(shè)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(shè)備通常采用電池或超級電容器的形式。盡管兩種類型的設(shè)備都可以在需要時提供電流，但它們具有一些根本的區(qū)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(nèi)產(chǎn)生大量電流的效率要高得多。這種電爆發(fā)有助于超級電容器快速為設(shè)備充電，這與需要更長的時間的電池不同。

超級電容器的內(nèi)部架構(gòu)與基本電容器更為一致。這兩種設(shè)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(jù)預(yù)期應(yīng)用制成不同的尺寸，形狀和設(shè)計(jì)。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(tuán)隊(duì)吸引了二氧化錳納米顆粒，用于設(shè)計(jì)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(shù)量眾多且更安全。” “但是二氧化錳的主要缺點(diǎn)是其電導(dǎo)率較低。”

過去的研究表明，木質(zhì)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(qiáng)電極的電化學(xué)性能。但是，梁說，很少有研究試圖將二氧化錳和木質(zhì)素結(jié)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(tuán)隊(duì)用一種常用的消毒劑高錳酸鉀處理了純化的木質(zhì)素。然后，他們施加較高的熱量和壓力以引發(fā)氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致高錳酸鉀分解并在木質(zhì)素上沉積二氧化錳。接下來，他們將木質(zhì)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(zhì)夾在木質(zhì)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(shè)計(jì)的綠色電極，他們發(fā)現(xiàn)其超級電容器具有非常穩(wěn)定的電化學(xué)性能。特別是，即使經(jīng)過數(shù)千次充電和放電循環(huán)，比電容或設(shè)備存儲電荷的能力也幾乎沒有變化。同樣，對于最佳的木質(zhì)素-二氧化錳比率，觀察到的比電容比其他超級電容器的報(bào)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(kuò)展了它們在例如車輛中用作結(jié)構(gòu)儲能元件的用途。

梁說：“在這項(xiàng)研究中，我們已經(jīng)能夠使用低成本，可持續(xù)的方法制造出具有優(yōu)異電化學(xué)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(xù)的成分，使我們的超級電容器100%環(huán)保。”