研究人員的報(bào)告顯示，木材生物碳超級(jí)電容器能夠產(chǎn)生與當(dāng)今活性炭超級(jí)電容器相等的電量，但成本卻更低且有利于保護(hù)環(huán)境。該報(bào)告發(fā)布于《電化學(xué)學(xué)報(bào)》。

報(bào)告研究小組組長(zhǎng)、伊利諾伊斯大學(xué)可持續(xù)技術(shù)中心高級(jí)研究員Junhua Jiang表示，超級(jí)電容器與我們使用的電池相似。電池依賴(lài)化學(xué)反應(yīng)持續(xù)生產(chǎn)電能，而超級(jí)電容器在其電極上集聚帶電離子，并且在放電時(shí)迅速釋放這些離子。這樣一來(lái)，它能夠閃電般地提供充足能量(如照相機(jī)的閃光燈)，或者即時(shí)滿足能源網(wǎng)高峰期需求。

“對(duì)于需要即時(shí)充電或者需要即時(shí)能量供應(yīng)的應(yīng)用設(shè)備來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容器是完美配件，因?yàn)樗芤愿偷某杀狙杆偻瓿沙潆姡?rdquo;Junhua Jiang說(shuō)，其在交通、電子、太陽(yáng)能與風(fēng)能存儲(chǔ)與配送方面應(yīng)用前景廣闊。

當(dāng)今許多超級(jí)電容器使用活性炭，而活性炭來(lái)自于化石能源。“為了生成活性炭的微結(jié)構(gòu)，即增加孔量并優(yōu)化孔網(wǎng)，需要成本高昂、工序復(fù)雜的程序。這道程序的目的在于增加電極表面積，以及提高各孔迅速捕捉并釋放離子的能力。” Junhua Jiang解釋了生成活性炭微結(jié)構(gòu)的原理。

對(duì)于木材電容器而言，其木質(zhì)天然孔狀結(jié)構(gòu)可以直接視作電極表面，因此不必使用復(fù)雜的技術(shù)制造孔狀結(jié)構(gòu)。而木材生物碳，則可通過(guò)低氧加熱木材獲得。

對(duì)于某些木材，孔的尺寸與分布非常適合離子快速傳輸。本次研究使用了紅刺柏，但是其他一些木材如楓樹(shù)或者櫻桃樹(shù)也適用。

通常，在制作超級(jí)電容器時(shí)，通常需要成本高昂且腐蝕性強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)用來(lái)加工活性炭，以此賦予電極必要的物理與化學(xué)性質(zhì)。

“使用這些化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。我們應(yīng)該避免或盡可能減輕對(duì)環(huán)境的破壞，”Junhua Jiang表示。

Jiang與他的團(tuán)隊(duì)用溫和的硝酸激活生物碳，清除了生物碳的灰燼(如碳酸鈣、碳酸鉀和其他雜質(zhì))。該工序還具有另一個(gè)好處，硝酸化合物作用產(chǎn)生的溶劑能夠當(dāng)做化肥使用。

這些簡(jiǎn)單的方法顯著降低了生產(chǎn)超級(jí)電容器所需的物質(zhì)與環(huán)境成本。

“生物碳超級(jí)電容器的物質(zhì)成本比活性炭超級(jí)電容器要低得多，” Junhua Jiang說(shuō)。

當(dāng)生物碳超級(jí)電容器使用壽命走到盡頭時(shí)，可以粉碎電極并作為有機(jī)土壤改良劑使用，這將讓土壤變得更加肥沃。“生物碳物質(zhì)的性能可與當(dāng)今高級(jí)碳物質(zhì)相提并論，這包括碳納米管與墨烯材料。這意味著，我們能以更低的物質(zhì)成本、與環(huán)境成本實(shí)現(xiàn)等同的效率。”