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【核心提示】
爆米花除了吃還能干嗎？近日，在揚(yáng)州大學(xué)的環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室中，揚(yáng)州大學(xué)教授侯建華博士團(tuán)隊(duì)利用爆米花制成“超級(jí)電池”，3分鐘內(nèi)能充滿電，有望克服電動(dòng)車輛行駛里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)的發(fā)展瓶頸。而這項(xiàng)發(fā)明靈感來(lái)源于他女兒吃爆米花時(shí)的提問。
爆米花為何如此香脆？
女兒提問給了他研究靈感
隨著可再生清潔能源的發(fā)展，與之匹配的能源存儲(chǔ)器件研究也越來(lái)越受到關(guān)注。侯建華介紹，超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能設(shè)備，因其超高的功率密度、穩(wěn)定性和長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)，已逐漸走進(jìn)人們的生活。“碳材料因其較低的成本和理想的電化學(xué)性能，成為超級(jí)電容器電極材料的首選。傳統(tǒng)碳材料如石墨、活性炭等容量有限，很大程度上限制了電化學(xué)儲(chǔ)能器件在實(shí)際生活中的應(yīng)用，也阻礙了超級(jí)電容器作為主要?jiǎng)恿δ茉吹倪M(jìn)程。因此，對(duì)碳材料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分進(jìn)行調(diào)控，以提高碳材料的電化學(xué)性能是十分必要的。”
侯建華介紹，目前已有的調(diào)控方法，如硬模板法、物理活化法等，大多只能單一調(diào)控多孔碳的某個(gè)特征，且操作通常較為復(fù)雜、成本較高。致力于開發(fā)一種簡(jiǎn)單、綠色、可規(guī)模化的方法，對(duì)多孔碳的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，以獲得高能量密度和功率密度的超級(jí)電容器，成為侯教授的鉆研方向。
“為什么爆米花會(huì)如此的香脆？”一次女兒吃爆米花時(shí)的提問，給了侯建華靈感。他聯(lián)想從玉米到爆米花微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化。“爆米花具有多孔特質(zhì)，能不能把爆米花作為超級(jí)電容器的材料，來(lái)儲(chǔ)存能源呢？ ”
而現(xiàn)在這個(gè)來(lái)自女兒的靈感成為了現(xiàn)實(shí)。侯建華博士及其團(tuán)隊(duì)制備出爆米花基碳片，具有“超高”比表面積的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，獲得在生物質(zhì)碳材料中具有最高能量密度的超級(jí)電容器器件。
爆米花有多大能量？
電動(dòng)車輛3分鐘內(nèi)能充滿電
爆米花如何儲(chǔ)存能量？侯建華介紹，將玉米用微波輻射8分鐘轉(zhuǎn)化為蓬松的爆米花，爆米花的體積比玉米顆粒擴(kuò)大20多倍，這一爆炸過(guò)程形成了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步活化便能獲得衍生多孔碳納米片（爆米花經(jīng)微波輻射，再活化之后形成的一種多孔材料）。
“爆米花蜂窩狀結(jié)構(gòu)擁有超高比表面積和完美的孔徑，一小塊材料便能將大量電量存儲(chǔ)到其蓬松多孔的內(nèi)部，極大地提高超級(jí)電池的存儲(chǔ)能力。”侯建華表示。
據(jù)了解，爆米花基電池的能量密度是已報(bào)道的生物質(zhì)衍生碳材料中最高值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，利用爆米花制成的超級(jí)電池3分鐘內(nèi)能充滿電，經(jīng)一萬(wàn)次充放電后容量仍然大于95%，極有望克服電動(dòng)車輛行駛里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)的發(fā)展瓶頸，滿足電動(dòng)車輛主要?jiǎng)恿δ茉吹钠惹行枨蟆?br /> 哪些材料能做超級(jí)電池？
燈籠油條豆腐等材料都可以
除了爆米花，侯建華還通過(guò)其他的“綠色材料”來(lái)進(jìn)行超級(jí)電容器的制作，如燈籠、豆腐、秸稈、油條等。
“這些材料和爆米花都有著相同的原理，比如燈籠，不打開的時(shí)候很小，打開之后就蓬松起來(lái)了，一個(gè)個(gè)小孔的空間就可以存放電量，這是一個(gè)非常具有中國(guó)元素的科技。”
“最好的科技應(yīng)該來(lái)源于生活，中國(guó)幾千年的傳統(tǒng)文化符號(hào)里有那么多值得我們借鑒的地方，我就想從中國(guó)傳統(tǒng)文化入手，將我們的科技推向世界。”侯建華說(shuō)。
目前這一重要研究成果發(fā)表在有關(guān)學(xué)術(shù)期刊上，并受到美國(guó)化學(xué)會(huì)的關(guān)注。該研究工作還得到國(guó)家自然科學(xué)青年基金、省自然科學(xué)青年基金、大學(xué)生科技創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。
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