轻型绿色超级电容器可以快速为设备充电

在一项新的研究中，德克萨斯农工大学的研究人员描述了他们新颖的基于植物的储能设备，该设备可以在不久的将来在几分钟内为电动汽车充电。此外，他们说他们的设备灵活，轻便且具有成本效益。

“将生物材料集成到储能设备中一直很棘手，因为很难控制其最终的电学性能，从而严重影响设备的生命周期和性能。此外，制造生物材料的过程通常包括危险的化学处理。” J. Mike Walker '66机械工程系的Oscar S. Wyatt Jr.洪亮博士。“我们设计了一种环保的储能设备，该设备具有卓越的电气性能，并且可以轻松，安全且以更低的成本制造。”

他们的研究在《能源存储》杂志的六月刊中有概述。

能量存储设备通常采用电池或超级电容器的形式。尽管两种类型的设备都可以在需要时提供电流，但它们具有一些根本的区别。虽然电池每单位体积可以存储大量电荷，但超级电容器在短时间内产生大量电流的效率要高得多。这种电爆发有助于超级电容器快速为设备充电，这与需要更长的时间的电池不同。

超级电容器的内部架构与基本电容器更为一致。这两种设备都将电荷存储在金属板或电极上。但是，与基本电容器不同，超级电容器可以根据预期应用制成不同的尺寸，形状和设计。此外，超级电容器电极也可以由不同的材料制成。

对于他们的工作，Liang和她的团队吸引了二氧化锰纳米颗粒，用于设计两个超级电容器电极之一。

梁说：“与通常用于制造电极的其他过渡金属氧化物(如钌或氧化锌)相比，二氧化锰更便宜，数量众多且更安全。” “但是二氧化锰的主要缺点是其电导率较低。”

过去的研究表明，木质素是一种将木材纤维粘合在一起的天然聚合物，与金属氧化物一起使用可增强电极的电化学性能。但是，梁说，很少有研究试图将二氧化锰和木质素结合起来利用它们的两个有用特性。

为了制造电极，Liang和她的团队用一种常用的消毒剂高锰酸钾处理了纯化的木质素。然后，他们施加较高的热量和压力以引发氧化反应，从而导致高锰酸钾分解并在木质素上沉积二氧化锰。接下来，他们将木质素和二氧化锰混合物涂覆在铝板上以形成绿色电极。最终，研究人员通过将凝胶电解质夹在木质素-二氧化锰-铝电极与另一个由铝和活性炭制成的电极之间来组装超级电容器。

通过测试新设计的绿色电极，他们发现其超级电容器具有非常稳定的电化学性能。特别是，即使经过数千次充电和放电循环，比电容或设备存储电荷的能力也几乎没有变化。同样，对于最佳的木质素-二氧化锰比率，观察到的比电容比其他超级电容器的报道电容高900倍。

Liang指出，这些超级电容器也非常轻巧和灵活。这些特性扩展了它们在例如车辆中用作结构储能元件的用途。

梁说：“在这项研究中，我们已经能够使用低成本，可持续的方法制造出具有优异电化学性能的植物基超级电容器。” “在不久的将来，我们希望仅采用绿色，可持续的成分，使我们的超级电容器100%环保。”