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澳大利亚科学家利用榴莲成功制造超级电容器

http://www.ec.hc360.com2020年03月09日10:28 来源:全国能源信息平台T|T

    榴莲在东南亚美食中被称为水果领袖,有人喜欢它的奶油冻般的果肉,还有一些人因为它刺鼻难闻的气味而不愿靠近它,更有甚者一些酒店和城市出租车甚至禁止携带。榴莲作为世界上较臭的水果,也是一种让人大爱大厌的水果。

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    大多数可能知道榴莲具有很高的营养价值,却不知道榴莲还可能用于科技进步。根据最近的一项研究,它可能是为电子设备和电动汽车等快速充电的较佳材料。

    悉尼大学的副教授文森特·g·戈麦斯和他的同事们进行了一项研究,他们琢磨如何利用世界较臭的水果榴莲以及世界上最大的水果菠萝蜜的生物废弃物来制造超快速并且高效的充电器。

    他们利用榴莲和菠萝蜜的残渣,制成了超轻的空心材料,这种材料被称为碳气凝胶。碳气凝胶是超级电容器的储能装置的有效组成部分,气凝胶高度多孔且具有高吸收能力,当用于超级电容器时,它能够存储大量能量。戈麦斯对此解释说,榴莲和波罗蜜提供了不可食用的有机废物,而这些部分具有多孔特征,可以代替成本高昂的超级电容器材料,例如碳纳米管和石墨烯。

    由戈麦斯合著并发表在《储能杂志》上的这篇新的论文,介绍了他们使用了水果内核作为超级电容器的元件来储存大量的能量。超级电容器是高容量的电容器,能够比普通电池更快地接受和传输电能,而且寿命也比普通电池长。

    超级电容器的工作方式与传统电池不同,因此无法存储太多能量,但可以更快地充电。它们可用于存储从电动汽车的制动系统中收集到的能量,然后将这些能量转移到电池中,或用于提供短时爆发力以快速加速。

    诸如纸浆,西瓜和甘蔗等生物废物产品已用于制造超级电容器的气凝胶,但是榴莲和菠萝蜜相比之下是更不寻常的材料。与坚硬、致密的有机废物相比,它们具有良好机械稳定性的纤维状、肉质的有机废物,被认为是候选前体。根据榴莲核和菠萝蜜核的结构和内在氮掺杂,这两种内核材料被研究人员最终筛选出来。

    为了使榴莲和菠萝蜜成为超级电容器的合适材料,戈麦斯的团队用蒸汽加热了这些水果松软的、不能吃的内核,然后将它们冷冻干燥。这些核被放在一个熔炉里,使它们变成高孔隙度、超轻的气凝胶,然后用来制造电极。

    当研究小组将榴莲和菠萝蜜电极放入超级电容器时,榴莲电极的表现更好。榴莲电极也可以储存比目前使用的碳材料更多的电荷。果实的“高表面积、平面内电导率和界面活性位点”等综合性能进一步促进了电化学反应、离子扩散和高电荷载流子密度。简而言之,与传统电池相比,采用了果实电极的充电速度更快,储能更大。

    戈麦斯教授和他的合著者说,如果制造商采用此过程,新的储电方法将是“环保的天赐之宝”,将食品垃圾转化为增值产品,不仅可以改善整体经济,还可以减少环境污染。

    不过英国曼彻斯特大学的布莱恩·德比对此评论说,虽然波罗蜜和榴莲的应用表现良好,并能为超级电容器电极产生高质量的碳,但是这种水果的使用可能不会“改变游戏规则”,还有很多其他潜在的源材料需要研究。

责任编辑:黄美婷

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