基于分級多孔碳材料能量存儲示意圖

隨著便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車向著輕量化、小型化的快速發(fā)展，開發(fā)與之相匹配的兼具高體積能量密度和高功率密度的長壽命儲能器件成為當(dāng)前的迫切需求。溫州大學(xué)化材學(xué)院金輝樂教授根據(jù)市場要求并結(jié)合溫州特色再次玩出生物質(zhì)碳新高度，他利用溫州楊梅制備高性能超級電容器，提高了超級電容器的應(yīng)用市場。

楊梅再利用，優(yōu)化生物質(zhì)碳基材料

“楊梅是溫州的特產(chǎn)，但是楊梅采摘周期短，成熟的楊梅落地便無法食用，這是一種損失，我們的課題充分使楊梅再利用，發(fā)揮生物質(zhì)的利用價值。”金輝樂老師介紹說。超級電容器是一種能夠快速儲存和釋放能量的儲能器件，其輸出功率是一般蓄電池的數(shù)十倍，充電時間以秒、分鐘為單位，同時相對于鋰電池而言實(shí)用壽命更長，將它與蓄電池組合起來，就會成為一個兼有高比功率輸出的貯能系統(tǒng)。

據(jù)介紹，該實(shí)驗(yàn)采用簡單制備Fe2O3/FeS修飾N,S-共摻雜層狀多孔碳材料的方法，以生物質(zhì)楊梅為前驅(qū)，通過調(diào)控楊梅與硫酸鐵之間的水熱反應(yīng)，可以控制其微觀結(jié)構(gòu)及組成。金老師把電容器儲能過程比喻為楊梅泡酒，楊梅如同電容器極板，其吸收分子的過程就像是在儲存能量。實(shí)驗(yàn)利用楊梅比表面積大的特點(diǎn)，利用調(diào)節(jié)反應(yīng)物的組分或退火溫度控制材料的形貌結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布及摻雜元素制備。同傳統(tǒng)生物質(zhì)碳基電容器相比，該材料具有超高的體積比電容（1320.4F/cm3）和體積能量密度，在大電流充放電下依然保持超高的穩(wěn)定性。

金輝樂博士課題組

前景廣闊，產(chǎn)品涉及生活和特種多個領(lǐng)域

現(xiàn)今，市場上主要以傳統(tǒng)蓄電池和普通電容器為主，但是傳統(tǒng)蓄電池充電時間長，循環(huán)壽命短成為發(fā)展的短板，而普通電容器存在穩(wěn)定性差和容量誤差大等問題。碳化楊梅制備高性能超級電容器不僅解決了時間和穩(wěn)定性問題，還充分利用了生物質(zhì)碳的優(yōu)勢，在造價方面更具有選擇傾向性。

那么這種材料又有何應(yīng)用前景呢？金輝樂老師介紹說，該反應(yīng)制備的碳材料組裝而成的超級電容器具有極快的充放電速率(5萬次，80A/g電流密度下)、超高的體積電容(1320.4F/cm3，0.1A/g)以及高的能量密度(100.9Wh/kg，221.9Wh/L)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于日用生活和特種產(chǎn)品，在運(yùn)輸、能源、工業(yè)、特種等大功率領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

目前，超級電容器在市場上最大的應(yīng)用是運(yùn)輸和能源再生領(lǐng)域。新能源汽車成為超級電容器在運(yùn)輸行業(yè)的代表之一，國內(nèi)多個省市投入運(yùn)行并形成一定規(guī)模，車輛充電時間短，減少了對居民的出行影響。超級電容器能夠提高車輛混合電力、燃料電池的動力效率，加速或爬坡延長電池壽命，提供大電流放電及停剎車能量回收。據(jù)金輝樂老師介紹說，除了生活方面，超級電容器現(xiàn)已結(jié)合蓄電池共同為飛機(jī)、坦克等特種武器提供動力支持，未來行業(yè)發(fā)展中，超級電容器將會涉及產(chǎn)業(yè)各個方面，有儲能用電的地方就會有超級電容器的存在。