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美国研发新型储能设备 或可在几分钟内为电动汽车充满电

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58京牌 ,得州农工大学(Texas A&M University)的研究人员开发了新型储能装置。该装置基于植物打造,灵活、重量轻、性价比高,在不久的将来甚至可以在几分钟内为充满电。

图片来源:TAMU官网

“在储能设备中应用生物材料一直很棘手,因为很难控制其产生的电气化性能,这将严重影响到设备的生命周期和性能。此外,制造生物材料通常包括危险的化学处理过程。”主要研究人员Dr. Hong Liang表示,“我们设计出一种环保型储能设备,具有优越的电气化性能,易于制造,安全,而且成本低得多。”

储能装置一般以电池或超级电容器的形式出现。这两种设备都可以在需要时提供电流,但是存在一些根本性的区别。电池可以在单位体积内存储大量的电荷,而超级电容器可以在短时间内快速产生大电流。所以,超级电容器为设备充电的速度更快。

超级电容器的内部结构与普通电容器基本相同,二者都可以将电荷存储在金属板或电极上。然而,与普通电容器不同的是,超级电容器可以根据不同的用途,采用不同的设计制成不同的尺寸和形状。此外,超级电容器也可以采用不同的电极材料。

在研究过程中,Liang及其团队被二氧化锰纳米颗粒所吸引,并用这种材料设计出超级电容器的一个电极。Liang称:“二氧化锰更便宜,储量也更丰富,比其他过渡金属氧化物更安全,如氧化钌或氧化锌,后者被广泛用于制造电极。但是,二氧化锰的一个明显缺陷是电导率较低。”

木质素是一种将木材纤维粘合在一起的天然聚合物。以往研究表明,将木质素与金属氧化物结合在一起使用,可以提高电极的电化学性能。为了制作电极,研究团队用常见的高锰酸钾消毒剂,对纯化木质素进行处理。然后,施加高温高压以启动氧化反应,使高锰酸钾分解并将二氧化锰沉积在木质素上。接下来,他们把木质素和二氧化锰混合物涂在铝板上,形成环保电极。最后,研究人员将凝胶电解质夹在木质素-二氧化锰-铝电极和另一个由铝和活性炭制成的电极之间,组装超级电容器。

测试显示,这种超级电容器的电化学性能非常稳定。尤其是比电容,即设备存储电荷的能力,即使经过数千次充放电循环,变化也很小。据观察,当木质素-二氧化锰达到最佳比例时,该超级电容器的比电容可以达到其他超级电容器的900倍以上。而且,这些超级电容器也非常轻巧灵活,可作为汽车中的结构储能部件,用途非常广泛。

Liang说:“在这项研究中,我们采用低成本、可持续的方法,制造出具有优异电化学性能的植物基超级电容器。在不久的将来,我们希望通过只加入绿色可持续成分,使我们的超级电容器成为100%环保的设备。”

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