给你一个理由去吃——“榴莲核造电池,我造榴莲核!”

农业新闻 2020-03-23

榴莲→ → →电池

榴莲,被誉为“热带水果之王”,它含有丰富的蛋白质、脂类及各种营养元素,对机体有很好的补养作用,泰国人病后、妇女产后均以榴莲补养身子(www.pgnk.net)。榴莲果肉淡黄,粘性多汁,酥软味甜,吃起来有雪糕的口感。但如今,不仅榴莲的果肉可作为美食,榴莲吃完剩余的果核也能变废为宝,作为生产电池的原材料了。

超级电容的电极

在制造超级电容时,通常使用各种碳基材料作为电极:例如活性炭,碳纳米管和石墨烯片。最好使用具有高孔隙率的材料,因为它们有助于使电解质通过电极扩散并使表面积最大化,而近年来,气凝胶作为电极有了许多新发现,其在最大化电容方面甚至优于标准的碳材料,且气凝胶含有99.8%的空气,是已知最轻的固体材料。

制作气凝胶的高级材料通常很昂贵,进而引发了对生物废弃物材料的关注,悉尼大学的文森特·戈麦斯(Vincent Gomes)教授测试了使用榴莲和菠萝蜜的废料为超级电容器构建电极的方案,结果显示榴莲果核材料的性能更加优异。

制作过程

取尺寸为2×2×0.5 cm的样品,用去离子水冲洗去除杂质。在特氟隆高压釜中对湿样品进行水热处理,将其密封并在180°C的烘箱中放置10 h。随后,关闭加热并将样品冷却过夜。取出样品后,将它们用去离子水冲洗以除去杂质,并在真空(<10 kPa)下于-80°C冷冻干燥24小时。将所获得的气凝胶在200 mL/min下通过管状BTF-1500°C炉中热解进行碳化氮气流。最后将样品以5°C/min的升温速率加热到800°C,并在800°C下保持1 h,以促进样品充分碳化。然后使样品在炉中冷却过夜,即产生黑色,高度多孔的超轻气凝胶。

将所得的粉末经混合,滴铸在ITO涂层玻璃上制成电极,在真空炉中将电极干燥过夜。每个电极中的活性物质的质量为0.16mg。

测试结果

△粉末状榴莲碳气凝胶侧壁(A),横截面(B)和顶部轮廓(C)的SEM图像; EDS元素映射为:碳(D),氧(E),氮(F)和氯(G)。

在对榴莲碳气凝胶进行了SEM,FTIR,拉曼,XRD,XPS,BET,循环伏安法(CV),电流变电荷放电(CD)和电化学阻抗谱(EIS)等一系列的气凝胶表征和电化学测试。

该材料在横截面上孔径在5至15 µm之间,在纵向上的裂缝小孔为6nm-800µm,正合适作为高性能电容的材料(大于5nm)。其孔体积为(0.430 cm³/g)和比表面积(617.87 m²/ g)。成分分析结果为:碳,氧,氮和氯含量分别为83.6%,12.2%,4%和0.2%。

在10,000个充放电周期内的比电容变化,表明作为电极材料,它的稳定性很好,使用寿命较长。榴莲碳气凝胶电极有很高的功率密度(82.9 Wh/kg),以及长期的循环稳定性和快速的充放电过程,十分有可能成为下一代高性能、低成本的超级电容器之一。

也许有一天,榴莲核电池真的量产的时候,榴莲吃货们就该行动起来了~