超級電容器幾乎可以在瞬間充電，并在需要時釋放出巨大的能量，是一種具有巨大潛力的儲能技術(shù)。我們已經(jīng)看到了一些有趣的進展，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)的團隊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的一個主要缺點是它的導(dǎo)電性較低。”

此前的研究表明，木質(zhì)素與金屬氧化物的結(jié)合可以提升超級電容器電極的電性能，但該團隊希望研究如何能具體增強二氧化錳的功能。于是他們設(shè)計了一種超級電容器，其中這兩種成分構(gòu)成了關(guān)鍵的構(gòu)件。

該團隊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，再與另一個由鋁和活性炭制成的電極配對形成超級電容器，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)儲能元件的潛力。他們還報告說，它在測試中經(jīng)受住了極好的考驗，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)中保持了存儲電荷的能力。

研究人員通過現(xiàn)有的文獻，將其性能與其他先進的超級電容器設(shè)計進行了比較，包括那些電極完全由活性炭制成的超級電容器，或石墨烯與其他材料結(jié)合的超級電容器。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能設(shè)備中一直很棘手，因為很難控制它們所產(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?！傲硗?，生物材料的制作過程一般包括化學(xué)處理，這對人體有害。我們設(shè)計了一種環(huán)境友好的儲能裝置，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《儲能》雜志上。