據(jù)外媒報(bào)道，得州農(nóng)工大學(xué)(Texas A&M University)的研究人員開發(fā)了新型儲(chǔ)能裝置。該裝置基于植物打造，靈活、重量輕、性價(jià)比高，在不久的將來甚至可以在幾分鐘內(nèi)為電動(dòng)汽車充滿電。
圖片來源：TAMU官網(wǎng)
“在儲(chǔ)能設(shè)備中應(yīng)用生物材料一直很棘手，因?yàn)楹茈y控制其產(chǎn)生的電氣化性能，這將嚴(yán)重影響到設(shè)備的生命周期和性能。此外，制造生物材料通常包括危險(xiǎn)的化學(xué)處理過程。”主要研究人員Dr. Hong Liang表示，“我們?cè)O(shè)計(jì)出一種環(huán)保型儲(chǔ)能設(shè)備，具有優(yōu)越的電氣化性能，易于制造，安全，而且成本低得多?！?
儲(chǔ)能裝置一般以電池或超級(jí)電容器的形式出現(xiàn)。這兩種設(shè)備都可以在需要時(shí)提供電流，但是存在一些根本性的區(qū)別。電池可以在單位體積內(nèi)存儲(chǔ)大量的電荷，而超級(jí)電容器可以在短時(shí)間內(nèi)快速產(chǎn)生大電流。所以，超級(jí)電容器為設(shè)備充電的速度更快。
超級(jí)電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通電容器基本相同，二者都可以將電荷存儲(chǔ)在金屬板或電極上。然而，與普通電容器不同的是，超級(jí)電容器可以根據(jù)不同的用途，采用不同的設(shè)計(jì)制成不同的尺寸和形狀。此外，超級(jí)電容器也可以采用不同的電極材料。
在研究過程中，Liang及其團(tuán)隊(duì)被二氧化錳納米顆粒所吸引，并用這種材料設(shè)計(jì)出超級(jí)電容器的一個(gè)電極。Liang稱：“二氧化錳更便宜，儲(chǔ)量也更豐富，比其他過渡金屬氧化物更安全，如氧化釕或氧化鋅，后者被廣泛用于制造電極。但是，二氧化錳的一個(gè)明顯缺陷是電導(dǎo)率較低?！?
木質(zhì)素是一種將木材纖維粘合在一起的天然聚合物。以往研究表明，將木質(zhì)素與金屬氧化物結(jié)合在一起使用，可以提高電極的電化學(xué)性能。為了制作電極，研究團(tuán)隊(duì)用常見的高錳酸鉀消毒劑，對(duì)純化木質(zhì)素進(jìn)行處理。然后，施加高溫高壓以啟動(dòng)氧化反應(yīng)，使高錳酸鉀分解并將二氧化錳沉積在木質(zhì)素上。接下來，他們把木質(zhì)素和二氧化錳混合物涂在鋁板上，形成環(huán)保電極。最后，研究人員將凝膠電解質(zhì)夾在木質(zhì)素-二氧化錳-鋁電極和另一個(gè)由鋁和活性炭制成的電極之間，組裝超級(jí)電容器。
測(cè)試顯示，這種超級(jí)電容器的電化學(xué)性能非常穩(wěn)定。尤其是比電容，即設(shè)備存儲(chǔ)電荷的能力，即使經(jīng)過數(shù)千次充放電循環(huán)，變化也很小。據(jù)觀察，當(dāng)木質(zhì)素-二氧化錳達(dá)到最佳比例時(shí)，該超級(jí)電容器的比電容可以達(dá)到其他超級(jí)電容器的900倍以上。而且，這些超級(jí)電容器也非常輕巧靈活，可作為汽車中的結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能部件，用途非常廣泛。
Liang說：“在這項(xiàng)研究中，我們采用低成本、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(jí)電容器。在不久的將來，我們希望通過只加入綠色可持續(xù)成分，使我們的超級(jí)電容器成為100%環(huán)保的設(shè)備?！?
