根據(jù)美國普渡大學(xué)(Purdue University)的研究人員發(fā)現(xiàn)，將花粉應(yīng)用于鋰離子電池的陽極時，充份展現(xiàn)作為可再生資源的潛力——自然衍生的花粉結(jié)構(gòu)可望取代石墨，從而打造具有可再生材料的高效電池。
“我們的研究結(jié)果證實，可再生的花粉能夠為能量儲存元件中的陽極應(yīng)用產(chǎn)生碳結(jié)構(gòu)，”普渡大學(xué)材料工程系與化學(xué)工程系副教授Vilas Pol表示。
當今大多數(shù)鋰離子電池中的陽極都是用石墨制造的。鋰離子中包含一種稱為電解液的液體，而在電池充電期間，這些離子都儲存在陽極。
研究人員分別以蜜蜂花粉與植物(香浦)花粉衍生的碳作為陽極進行測試。“這兩種物質(zhì)都十分豐富且易于取得，”Pol強調(diào)，“重點在于我們想要從自然界中學(xué)習(xí)，并用于創(chuàng)造具有可再生材料的更佳電池。”
雖然蜜蜂花粉是由各種蜜蜂采集的不同花粉種類混合而成，但香蒲花粉的形狀則都是相同的。
Pol與博士班研究生Jialiang Tang共同進行這項研究，相關(guān)研究與發(fā)現(xiàn)并已刊戴于《科學(xué)報導(dǎo)》(Scientific Reports)期刊中。
“大約在兩年前，我的媽媽告訴我她對花粉過敏后，我就開始觀察花粉，”Tang表示。“花粉微觀結(jié)構(gòu)的美及其多樣化讓我為之著迷。但一直等到我開始研究電池并學(xué)習(xí)到生物質(zhì)碳化后，才開始有了把花粉拿來當作電池陽極的想法。”
兩種不同花粉經(jīng)過熱分解后的花粉衍生碳微觀結(jié)構(gòu)（來源：Purdue University）
研究人員們利用一種“熱分解”(pyrolysis)過程，在一個充滿氬氣的腔室中以高溫處理花粉，從而在花粉微粒的原始形狀下取得了純碳。接著，在存在氧氣的狀態(tài)下以大約300℃的較低溫度進一步加熱處理或使其“活化”，在這些碳結(jié)構(gòu)中形成氣孔，從而增加其能量儲存能力。
這項研究結(jié)果顯示花粉陽極在不同的速率下均帶電荷。Pol表示，盡管充電10小時才能充電完成，但僅需充電1小時即可充電達一半以上。“理論上，石墨的容量可達到372mA.h/g，但我們在充電1小時后可達到200mA.h/g，”Pol解釋。
研究人員們并分別在25℃和50℃時進行測試，以模擬各種氣候條件。“這是因為因天氣造成的電池退化情況在新墨西哥州和印第安納州時完全不同，”Pol解釋。
調(diào)查結(jié)果顯示香蒲的花粉表現(xiàn)比蜜蜂的花粉更好。
這項研究工作仍在進行中。雖然目前的研究只在陽極使用花粉，未來將致力于研究花粉在電池商用陰極的應(yīng)用。
此外，該研究的電子顯微鏡觀察是在普渡大學(xué)的Birck奈米技術(shù)研究中心(Birck Nanotechnology Center )所進行的。
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