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【核心提示】
爆米花除了吃還能干嗎?近日,在揚州大學的環境工程實驗室中,揚州大學教授侯建華博士團隊利用爆米花制成“超級電池”,3分鐘內能充滿電,有望克服電動車輛行駛里程短、充電時間長的發展瓶頸。而這項發明靈感來源于他女兒吃爆米花時的提問。
爆米花為何如此香脆?
女兒提問給了他研究靈感
隨著可再生清潔能源的發展,與之匹配的能源存儲器件研究也越來越受到關注。侯建華介紹,超級電容器作為一種新型儲能設備,因其超高的功率密度、穩定性和長循環壽命等優勢,已逐漸走進人們的生活。“碳材料因其較低的成本和理想的電化學性能,成為超級電容器電極材料的首選。傳統碳材料如石墨、活性炭等容量有限,很大程度上限制了電化學儲能器件在實際生活中的應用,也阻礙了超級電容器作為主要動力能源的進程。因此,對碳材料的微觀結構和化學組分進行調控,以提高碳材料的電化學性能是十分必要的。”
侯建華介紹,目前已有的調控方法,如硬模板法、物理活化法等,大多只能單一調控多孔碳的某個特征,且操作通常較為復雜、成本較高。致力于開發一種簡單、綠色、可規模化的方法,對多孔碳的結構進行精確設計,以獲得高能量密度和功率密度的超級電容器,成為侯教授的鉆研方向。
“為什么爆米花會如此的香脆?”一次女兒吃爆米花時的提問,給了侯建華靈感。他聯想從玉米到爆米花微觀結構發生的變化。“爆米花具有多孔特質,能不能把爆米花作為超級電容器的材料,來儲存能源呢? ”
而現在這個來自女兒的靈感成為了現實。侯建華博士及其團隊制備出爆米花基碳片,具有“超高”比表面積的蜂窩狀結構,獲得在生物質碳材料中具有最高能量密度的超級電容器器件。
爆米花有多大能量?
電動車輛3分鐘內能充滿電
爆米花如何儲存能量?侯建華介紹,將玉米用微波輻射8分鐘轉化為蓬松的爆米花,爆米花的體積比玉米顆粒擴大20多倍,這一爆炸過程形成了蜂窩狀結構,進一步活化便能獲得衍生多孔碳納米片(爆米花經微波輻射,再活化之后形成的一種多孔材料)。
“爆米花蜂窩狀結構擁有超高比表面積和完美的孔徑,一小塊材料便能將大量電量存儲到其蓬松多孔的內部,極大地提高超級電池的存儲能力。”侯建華表示。
據了解,爆米花基電池的能量密度是已報道的生物質衍生碳材料中最高值。實驗結果顯示,利用爆米花制成的超級電池3分鐘內能充滿電,經一萬次充放電后容量仍然大于95%,極有望克服電動車輛行駛里程短、充電時間長的發展瓶頸,滿足電動車輛主要動力能源的迫切需求。
哪些材料能做超級電池?
燈籠油條豆腐等材料都可以
除了爆米花,侯建華還通過其他的“綠色材料”來進行超級電容器的制作,如燈籠、豆腐、秸稈、油條等。
“這些材料和爆米花都有著相同的原理,比如燈籠,不打開的時候很小,打開之后就蓬松起來了,一個個小孔的空間就可以存放電量,這是一個非常具有中國元素的科技。”
“最好的科技應該來源于生活,中國幾千年的傳統文化符號里有那么多值得我們借鑒的地方,我就想從中國傳統文化入手,將我們的科技推向世界。”侯建華說。
目前這一重要研究成果發表在有關學術期刊上,并受到美國化學會的關注。該研究工作還得到國家自然科學青年基金、省自然科學青年基金、大學生科技創新基金等項目的支持。
信息整理:揚州拓普電氣科技有限公司  信息來源:m.w2738.cn


 

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