榴蓮,被譽為“熱帶水果之王”,它含有豐富的蛋白質、脂類及各種營養元素,對機體有很好的補養作用,泰國人病後、婦女産後均以榴蓮補養身子。榴蓮果肉淡黃,粘性多汁,酥軟味甜,吃起來有雪糕的口感。但如今,不僅榴蓮的果肉可作為美食,榴蓮吃完剩餘的果核也能變廢為寶,作為生産電池的原材料了。
超級電容的電極
在制造超級電容時,通常使用各種碳基材料作為電極:例如活性炭,碳納米管和石墨烯片。最好使用具有高孔隙率的材料,因為它們有助于使電解質通過電極擴散并使表面積最大化,而近年來,氣凝膠作為電極有了許多新發現,其在最大化電容方面甚至優于标準的碳材料,且氣凝膠含有99.8%的空氣,是已知最輕的固體材料。
制作氣凝膠的高級材料通常很昂貴,進而引發了對生物廢棄物材料的關注,悉尼大學的文森特·戈麥斯(Vincent Gomes)教授測試了使用榴蓮和菠蘿蜜的廢料為超級電容器構建電極的方案,結果顯示榴蓮果核材料的性能更加優異。
制作過程
取尺寸為2×2×0.5 cm的樣品,用去離子水沖洗去除雜質。在特氟隆高壓釜中對濕樣品進行水熱處理,将其密封并在180°C的烘箱中放置10 h。随後,關閉加熱并将樣品冷卻過夜。取出樣品後,将它們用去離子水沖洗以除去雜質,并在真空(<10 kPa)下于-80°C冷凍幹燥24小時。将所獲得的氣凝膠在200 mL/min下通過管狀BTF-1500°C爐中熱解進行碳化氮氣流。最後将樣品以5°C/min的升溫速率加熱到800°C,并在800°C下保持1 h,以促進樣品充分碳化。然後使樣品在爐中冷卻過夜,即産生黑色,高度多孔的超輕氣凝膠。
将所得的粉末經混合,滴鑄在ITO塗層玻璃上制成電極,在真空爐中将電極幹燥過夜。每個電極中的活性物質的質量為0.16mg。
測試結果
△粉末狀榴蓮碳氣凝膠側壁(A),橫截面(B)和頂部輪廓(C)的SEM圖像; EDS元素映射為:碳(D),氧(E),氮(F)和氯(G)。
在對榴蓮碳氣凝膠進行了SEM,FTIR,拉曼,XRD,XPS,BET,循環伏安法(CV),電流變電荷放電(CD)和電化學阻抗譜(EIS)等一系列的氣凝膠表征和電化學測試。
該材料在橫截面上孔徑在5至15 µm之間,在縱向上的裂縫小孔為6nm-800µm,正合适作為高性能電容的材料(大于5nm)。其孔體積為(0.430 cm³/g)和比表面積(617.87 m²/ g)。成分分析結果為:碳,氧,氮和氯含量分别為83.6%,12.2%,4%和0.2%。
在10,000個充放電周期内的比電容變化,表明作為電極材料,它的穩定性很好,使用壽命較長。榴蓮碳氣凝膠電極有很高的功率密度(82.9 Wh/kg),以及長期的循環穩定性和快速的充放電過程,十分有可能成為下一代高性能、低成本的超級電容器之一。
也許有一天,榴蓮核電池真的量産的時候,榴蓮吃貨們就該行動起來了~
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