超級(jí)電容器幾乎可以在瞬間充電，并在需要時(shí)釋放出巨大的能量，是一種具有巨大潛力的儲(chǔ)能技術(shù)。我們已經(jīng)看到了一些有趣的進(jìn)展，用可持續(xù)材料制造設(shè)備，包括循環(huán)利用的塑料瓶、大麻甚至廢棄的煙頭。

德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)希望利用一種天然聚合物，這種稱為木質(zhì)素的聚合物賦予植物和樹木以剛性。這是由造紙行業(yè)作為廢品大量生產(chǎn)的，實(shí)際上我們已經(jīng)看到了一些有趣的突破，努力將這種聚合物回收到其他產(chǎn)品中，例如更堅(jiān)固的混凝土和3D打印的生物漿。

然而，新研究的作者希望用它來為一種用于超級(jí)電容器電極的材料--二氧化錳。與其他解決方案相比，這種化合物的納米顆粒提供了許多好處，但電化學(xué)性能是它們傾向于下降的地方。

“與其他過渡金屬氧化物（如釕或氧化鋅）相比，二氧化錳更便宜，可獲得性豐富，而且更安全，這些過渡金屬氧化物被普遍用于制造電極，”研究作者梁宏說?！暗趸i的一個(gè)主要缺點(diǎn)是它的導(dǎo)電性較低?！?/span>

此前的研究表明，木質(zhì)素與金屬氧化物的結(jié)合可以提升超級(jí)電容器電極的電性能，但該團(tuán)隊(duì)希望研究如何能具體增強(qiáng)二氧化錳的功能。于是他們?cè)O(shè)計(jì)了一種超級(jí)電容器，其中這兩種成分構(gòu)成了關(guān)鍵的構(gòu)件。

該團(tuán)隊(duì)首先在普通消毒劑中凈化木質(zhì)素，然后施加熱量和壓力，使液體分解，使二氧化錳沉積在木質(zhì)素上。然后用這種混合物涂覆鋁板形成電極，再與另一個(gè)由鋁和活性炭制成的電極配對(duì)形成超級(jí)電容器，中間夾著凝膠電解質(zhì)。

研究人員介紹說，這種新裝置輕巧、靈活、成本效益高，增加了其作為汽車結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能元件的潛力。他們還報(bào)告說，它在測(cè)試中經(jīng)受住了極好的考驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它具有“非常穩(wěn)定的電化學(xué)特性”，并且在數(shù)千次循環(huán)中保持了存儲(chǔ)電荷的能力。

研究人員通過現(xiàn)有的文獻(xiàn)，將其性能與其他先進(jìn)的超級(jí)電容器設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較，包括那些電極完全由活性炭制成的超級(jí)電容器，或石墨烯與其他材料結(jié)合的超級(jí)電容器。在電容方面，它的表現(xiàn)都優(yōu)于它們，這通常被用于衡量該器件存儲(chǔ)電荷的指標(biāo)。當(dāng)與一種采用二硒化錫制成的電極的超級(jí)電容器相比，新裝置提供的電容是其900倍。

“將生物材料集成到儲(chǔ)能設(shè)備中一直很棘手，因?yàn)楹茈y控制它們所產(chǎn)生的電性能，然后嚴(yán)重影響設(shè)備的生命周期和性能?！绷汉暾f。“另外，生物材料的制作過程一般包括化學(xué)處理，這對(duì)人體有害。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種環(huán)境友好的儲(chǔ)能裝置，它具有卓越的電氣性能，并且可以輕松、安全地制造，成本也低得多。”

該研究發(fā)表在《儲(chǔ)能》雜志上。