基于分級(jí)多孔碳材料能量存儲(chǔ)示意圖

隨著便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車向著輕量化、小型化的快速發(fā)展，開(kāi)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(zhǎng)壽命儲(chǔ)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(lè)教授根據(jù)市場(chǎng)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(jí)電容器，提高了超級(jí)電容器的應(yīng)用市場(chǎng)。

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(wú)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(jià)值。”金輝樂(lè)老師介紹說(shuō)。超級(jí)電容器是一種能夠快速儲(chǔ)存和釋放能量的儲(chǔ)能器件，其輸出功率是一般蓄電池的數(shù)十倍，充電時(shí)間以秒、分鐘為單位，同時(shí)相對(duì)于鋰電池而言實(shí)用壽命更長(zhǎng)，將它與蓄電池組合起來(lái)，就會(huì)成為一個(gè)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(jiǎn)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(guò)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(chǔ)能過(guò)程比喻為楊梅泡酒，楊梅如同電容器極板，其吸收分子的過(guò)程就像是在儲(chǔ)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(lè)博士課題組

前景廣闊，產(chǎn)品涉及生活和特種多個(gè)領(lǐng)域

現(xiàn)今，市場(chǎng)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(shí)間長(zhǎng)，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(wèn)題。碳化楊梅制備高性能超級(jí)電容器不僅解決了時(shí)間和穩(wěn)定性問(wèn)題，還充分利用了生物質(zhì)碳的優(yōu)勢(shì)，在造價(jià)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(lè)老師介紹說(shuō)，該反應(yīng)制備的碳材料組裝而成的超級(jí)電容器具有極快的充放電速率(5萬(wàn)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(jí)電容器在市場(chǎng)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(jí)電容器在運(yùn)輸行業(yè)的代表之一，國(guó)內(nèi)多個(gè)省市投入運(yùn)行并形成一定規(guī)模，車輛充電時(shí)間短，減少了對(duì)居民的出行影響。超級(jí)電容器能夠提高車輛混合電力、燃料電池的動(dòng)力效率，加速或爬坡延長(zhǎng)電池壽命，提供大電流放電及停剎車能量回收。據(jù)金輝樂(lè)老師介紹說(shuō)，除了生活方面，超級(jí)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(dòng)力支持，未來(lái)行業(yè)發(fā)展中，超級(jí)電容器將會(huì)涉及產(chǎn)業(yè)各個(gè)方面，有儲(chǔ)能用電的地方就會(huì)有超級(jí)電容器的存在。