爆米花除了吃還能幹嘛?近日, 在揚州大學環境科學與工程學院實驗室中, 該校侯建華博士團隊利用爆米花製成 '超級電池' , 3分鐘內能充滿電, 有望克服電動車輛行駛裡程短, 充電時間長的發展瓶頸. 而這項發明靈感, 則是來源於他女兒吃爆米花時的提問.
隨著可再生清潔能源的發展, 與之匹配的能源存儲器件研究也越來越受到關注. 侯建華說, 超級電容器作為一種新型儲能設備, 因其超高的功率密度, 穩定性和長迴圈壽命等優勢, 已逐漸走進人們的生活. 碳材料因其較低的成本和理想的電化學性能, 成為超級電容器電極材料的首選. 傳統碳材料如多孔碳, 活性炭等容量有限, 很大程度上限制了電化學儲能器件在實際生活中的應用, 也阻礙了超級電容器作為主要動力能源的進程. 因此, 對碳材料的微觀結構和化學組分進行調控, 以提高碳材料的電化學性能是十分必要的.
據了解, 目前已有的調控方法, 如硬模板法, 物理活化法等, 大多隻能單一調控多孔碳的某個特徵, 且操作通常較為複雜, 成本較高. 致力於開發一種簡單, 綠色, 可規模化的方法, 對多孔碳的結構進行精確設計, 以獲得高能量密度和功率密度的超級電容器, 成為侯建華的鑽研方向.
'為什麼爆米花會如此的香脆?' 一次女兒吃爆米花時的提問, 給了侯建華靈感. 他聯想從玉米到爆米花微觀結構發生的變化. '爆米花具有多孔蜂窩狀結構, 能不能把爆米花作為超級電容器的材料, 來儲存能源呢? '
如今, 侯建華及其團隊製備出爆米花基多孔碳片, 具有 '超高' 比表面積的蜂窩狀納米片結構, 獲得在生物質碳材料中具有最高能量密度的超級電容器器件.
爆米花如何儲存能量?侯建華介紹說, 將玉米用微波輻射2分鐘轉化為蓬鬆的爆米花, 爆米花的體積比玉米顆粒擴大超過25倍, 這一爆炸過程形成了蜂窩狀結構, 進一步微波碳化後便能獲得衍生多孔碳納米片. '爆米花蜂窩狀結構擁有超高比表面積和完美的孔徑, 一小塊材料便能將大量電量存儲到其納米片狀多孔的內部, 極大地提高超級電池的存儲能力. ' 侯建華表示.
據了解, 爆米花基電池的能量密度是已報道的生物質衍生碳材料中最高值. 實驗結果顯示, 利用爆米花製成的超級電池3分鐘內能充滿電, 經一萬次充放電後容量仍然大於95%, 極有望克服電動車輛行駛裡程短, 充電時間長的發展瓶頸, 滿足電動車輛主要動力能源的迫切需求.
除了爆米花, 侯建華博士還通過其他的 '綠色材料' 進行超級電容器的製作, 如燈籠, 豆腐, 大米, 油條等, 特別是再結合利用農作物秸稈的本徵空隙結構. 據介紹, 這些材料和爆米花都有著相同的原理, 比如燈籠, 不開啟的時候很小, 開啟之後就蓬鬆起來了, 一個個小孔的空間就可以存放電量, 同時這是一個非常具有中國元素的科技.
目前, 這一研究成果發表在《ACS應用材料與界面》國際學術期刊上. 該研究工作還得到了國家自然科學青年基金, 省自然科學青年基金, 大學生科技創新基金等項目的支援.
