花粉有望取代石墨打造可再生电池材料

2016-03-03 15:14:00
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        根据美国普渡大学(Purdue University)的研究人员发现,将花粉应用于锂离子电池的阳极时,充份展现作为可再生资源的潜力——自然衍生的花粉结构可望取代石墨,从而打造具有可再生材料的高效电池。

        “我们的研究结果证实,可再生的花粉能够为能量储存组件中的阳极应用产生碳结构,”普渡大学材料工程系与化学工程系副教授Vilas Pol表示。

        当今大多数锂离子电池中的阳极都是用石墨制造的。锂离子中包含一种称为电解液的液体,而在电池充电期间,这些离子都储存在阳极。

        研究人员分别以蜜蜂花粉与植物(香浦)花粉衍生的碳作为阳极进行测试。“这两种物质都十分丰富且易于取得,”Pol强调,“重点在于我们想要从自然界中学习,并用于创造具有可再生材料的更佳电池。”

        虽然蜜蜂花粉是由各种蜜蜂采集的不同花粉种类混合而成,但香蒲花粉的形状则都是相同的。

        Pol与博士班研究生Jialiang Tang共同进行这项研究,相关研究与发现并已刊戴于《科学报导》(Scientific Reports)期刊中。

        “大约在两年前,我的妈妈告诉我她对花粉过敏后,我就开始观察花粉,”Tang表示。“花粉微观结构的美及其多样化让我为之着迷。但一直等到我开始研究电池并学习到生物质碳化后,才开始有了把花粉拿来当作电池阳极的想法。”

        两种不同花粉经过热分解后的花粉衍生碳微观结构

        Source:Purdue University

        研 究人员们利用一种“热分解”(pyrolysis)过程,在一个充满氩气的腔室中以高温处理花粉,从而在花粉微粒的原始形状下取得了纯碳。接着,在存在氧 气的状态下以大约300℃的较低温度进一步加热处理或使其“活化”,在这些碳结构中形成气孔,从而增加其能量储存能力。

        这项研究结果显示花粉阳极在不同的速率下均带电荷。Pol表示,尽管充电10小时才能充电完成,但仅需充电1小时即可充电达一半以上。“理论上,石墨的容量可达到372mA.h/g,但我们在充电1小时后可达到200mA.h/g,”Pol解释。

        研究人员们并分别在25℃和50℃时进行测试,以模拟各种气候条件。“这是因为因天气造成的电池退化情况在新墨西哥州和印第安纳州时完全不同,”Pol解释。

        调查结果显示香蒲的花粉表现比蜜蜂的花粉更好。

        这项研究工作仍在进行中。虽然目前的研究只在阳极使用花粉,未来将致力于研究花粉在电池商用阴极的应用。

        此外,该研究的电子显微镜观察是在普渡大学的Birck纳米技术研究中心(Birck Nanotechnology Center )所进行的。

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updated: 2020-10-27 05:08:47