烟头也有大作用:变身高性能材料储存能量

2020-06-03   浏览次数:0

烟头也有大作用:变身高性能材料储存能量

据估计,全世界每年丢弃的过滤嘴烟头有5.6兆个,相当于766571公吨。

韩国的一组科学家说,他们发明了一种能够储存能量的材料,性能明显优于现在已经普遍商业化的碳、石墨烯和纳米碳管。

这种材料有望用于包裹在超级电容的电极上——超级电容是一种能够储存大量电能的电化学元件——同时,它还解决了吸烟引起的日益严重的环境问题。

这项研究的参与者之一,韩国首尔大学的Jongheop Yi教授说,“我们的研究表明,只需要一步简单的加工,就可以把丢弃的过滤嘴烟头转化成一种高性能的以碳为基础的材料,既解决了烟头引起的环境污染,又提供了一种绿色的解决方案,满足社会对能源的需求。”

“很多国家都制定了严格的规定,避免上亿个有毒又不可生物降解的过滤嘴烟头被随意丢弃,污染环境,我们的方法只是实现这个目标的方法之一。”

碳是制造超级电容最常用的材料,因为它的成本低、表面积大、导电性好,并能长期保持稳定状态。

现在世界各地的科学家都在致力于改进超级电容的性能——比如储能密度、动力密度和周期稳定性——同时,降低它的生产成本。

在这项研究中,研究人员证明,利用一种叫做高温分解的燃烧技术,只需要一个简单的步骤,香烟过滤嘴中最主要的成分,醋酸纤维素,就可以被转化为一种以碳为基础的材料。

这个燃烧过程的结果,就是产生一种以碳为基础的材料,里面有很多细小的孔,从而提高了它作为一种超级电容材料的性能。

“一种高性能的超级电容材料,应该有比较大的表面积,在材料中增加大量的小孔,就可以扩大材料的表面积,”Yi教授说。

“让材料中具有大小不一的孔洞,可以确保材料具有较高的动力密度,一个超级电容要能够快速充电和放电,这是最基本的特性。”

这种以碳为基础的材料被制造出来以后,就被研究人员附着在包含三个电极的系统中的一个电极上,检测它吸收电离子(充电)和释放电离子(放电)的性能。

检测结果显示,与现在已经进入商业化应用的碳相比,这种材料能够储存更多的电能;与石墨烯和纳米碳管相比,它的电能储存量也较高。


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