爆米花除了吃还能干嘛?近日, 在扬州大学环境科学与工程学院实验室中, 该校侯建华博士团队利用爆米花制成 '超级电池' , 3分钟内能充满电, 有望克服电动车辆行驶里程短, 充电时间长的发展瓶颈. 而这项发明灵感, 则是来源于他女儿吃爆米花时的提问.
随着可再生清洁能源的发展, 与之匹配的能源存储器件研究也越来越受到关注. 侯建华说, 超级电容器作为一种新型储能设备, 因其超高的功率密度, 稳定性和长循环寿命等优势, 已逐渐走进人们的生活. 碳材料因其较低的成本和理想的电化学性能, 成为超级电容器电极材料的首选. 传统碳材料如多孔碳, 活性炭等容量有限, 很大程度上限制了电化学储能器件在实际生活中的应用, 也阻碍了超级电容器作为主要动力能源的进程. 因此, 对碳材料的微观结构和化学组分进行调控, 以提高碳材料的电化学性能是十分必要的.
据了解, 目前已有的调控方法, 如硬模板法, 物理活化法等, 大多只能单一调控多孔碳的某个特征, 且操作通常较为复杂, 成本较高. 致力于开发一种简单, 绿色, 可规模化的方法, 对多孔碳的结构进行精确设计, 以获得高能量密度和功率密度的超级电容器, 成为侯建华的钻研方向.
'为什么爆米花会如此的香脆?' 一次女儿吃爆米花时的提问, 给了侯建华灵感. 他联想从玉米到爆米花微观结构发生的变化. '爆米花具有多孔蜂窝状结构, 能不能把爆米花作为超级电容器的材料, 来储存能源呢? '
如今, 侯建华及其团队制备出爆米花基多孔碳片, 具有 '超高' 比表面积的蜂窝状纳米片结构, 获得在生物质碳材料中具有最高能量密度的超级电容器器件.
爆米花如何储存能量?侯建华介绍说, 将玉米用微波辐射2分钟转化为蓬松的爆米花, 爆米花的体积比玉米颗粒扩大超过25倍, 这一爆炸过程形成了蜂窝状结构, 进一步微波碳化后便能获得衍生多孔碳纳米片. '爆米花蜂窝状结构拥有超高比表面积和完美的孔径, 一小块材料便能将大量电量存储到其纳米片状多孔的内部, 极大地提高超级电池的存储能力. ' 侯建华表示.
据了解, 爆米花基电池的能量密度是已报道的生物质衍生碳材料中最高值. 实验结果显示, 利用爆米花制成的超级电池3分钟内能充满电, 经一万次充放电后容量仍然大于95%, 极有望克服电动车辆行驶里程短, 充电时间长的发展瓶颈, 满足电动车辆主要动力能源的迫切需求.
除了爆米花, 侯建华博士还通过其他的 '绿色材料' 进行超级电容器的制作, 如灯笼, 豆腐, 大米, 油条等, 特别是再结合利用农作物秸秆的本征空隙结构. 据介绍, 这些材料和爆米花都有着相同的原理, 比如灯笼, 不打开的时候很小, 打开之后就蓬松起来了, 一个个小孔的空间就可以存放电量, 同时这是一个非常具有中国元素的科技.
目前, 这一研究成果发表在《ACS应用材料与界面》国际学术期刊上. 该研究工作还得到了国家自然科学青年基金, 省自然科学青年基金, 大学生科技创新基金等项目的支持.
