火炬电子

杨梅也能拿来制备高性能超级电容器?温大教授做到了

2018-05-16

基于分级多孔碳材料能量存储示意图

随着便携式电子产品和电动汽车向着轻量化、小型化的快速发展,开发与之相匹配的兼具高体积能量密度和高功率密度的长寿命储能器件成为当前的迫切需求。温州大学化材学院金辉乐教授根据市场要求并结合温州特色再次玩出生物质碳新高度,他利用温州杨梅制备高性能超级电容器,提高了超级电容器的应用市场。

杨梅再利用,优化生物质碳基材料

“杨梅是温州的特产,但是杨梅采摘周期短,成熟的杨梅落地便无法食用,这是一种损失,我们的课题充分使杨梅再利用,发挥生物质的利用价值。”金辉乐老师介绍说。超级电容器是一种能够快速储存和释放能量的储能器件,其输出功率是一般蓄电池的数十倍,充电时间以秒、分钟为单位,同时相对于锂电池而言实用寿命更长,将它与蓄电池组合起来,就会成为一个兼有高比功率输出的贮能系统。

据介绍,该实验采用简单制备Fe2O3/FeS修饰N,S-共掺杂层状多孔碳材料的方法,以生物质杨梅为前驱,通过调控杨梅与硫酸铁之间的水热反应,可以控制其微观结构及组成。金老师把电容器储能过程比喻为杨梅泡酒,杨梅如同电容器极板,其吸收分子的过程就像是在储存能量。实验利用杨梅比表面积大的特点,利用调节反应物的组分或退火温度控制材料的形貌结构、比表面积、孔径分布及掺杂元素制备。同传统生物质碳基电容器相比,该材料具有超高的体积比电容(1320.4F/cm3)和体积能量密度,在大电流充放电下依然保持超高的稳定性。

金辉乐博士课题组

前景广阔,产品涉及生活和军工多个领域

现今,市场上主要以传统蓄电池和普通电容器为主,但是传统蓄电池充电时间长,循环寿命短成为发展的短板,而普通电容器存在稳定性差和容量误差大等问题。碳化杨梅制备高性能超级电容器不仅解决了时间和稳定性问题,还充分利用了生物质碳的优势,在造价方面更具有选择倾向性。

那么这种材料又有何应用前景呢?金辉乐老师介绍说,该反应制备的碳材料组装而成的超级电容器具有极快的充放电速率(<1s)、超长循环寿命(>5万次,80A/g电流密度下)、超高的体积电容(1320.4F/cm3,0.1A/g)以及高的能量密度(100.9Wh/kg,221.9Wh/L)等特点,可应用于日用生活和军工产品,在运输、能源、工业、军事等大功率领域发挥重要作用。

目前,超级电容器在市场上最大的应用是运输和能源再生领域。新能源汽车成为超级电容器在运输行业的代表之一,国内多个省市投入运行并形成一定规模,车辆充电时间短,减少了对居民的出行影响。超级电容器能够提高车辆混合电力、燃料电池的动力效率,加速或爬坡延长电池寿命,提供大电流放电及停刹车能量回收。据金辉乐老师介绍说,除了生活方面,超级电容器现已结合蓄电池共同为飞机、坦克等军事武器提供动力支持,未来行业发展中,超级电容器将会涉及产业各个方面,有储能用电的地方就会有超级电容器的存在。


转载自浙江新闻https://zj.zjol.com.cn/news/938101.html