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将废弃物变为电能 西班牙巴斯克大学利用松木生物质来生产混合超级电容器

发布时间:2025-03-14 15:36:43

据外媒报道,西班牙巴斯克大学(University of the Basque Country)的研究人员利用辐射松(Pinus radiata)废料中的碳来生产混合超级电容器,以用于储能。

(图片来源:巴斯克大学)

电容器与电池

目前主要有两种电能储存技术,包括超级电容器和电池。从工作原理来看,电池以离子(通常是金属离子)中的电化学电荷的形式来储存电能。超级电容器则将电子存储在电容器材料的表面,因此能够非常快速地移动电荷,几乎可以瞬时输送大量电力。

由于没有化学反应和离子移动,超级电容器往往比电池耐用得多。然而,超级电容器的总充电容量通常低于电池。巴斯克大学教授Eider Goikolea表示:“超级电容器不适合长时间为系统提供能量。与电池不同,如果人们需要在短时间内获得大量能量,则可以使用它们。”

混合电容器-电池

这项研究开发了一种混合动力系统,其中集成电容器电极(由碳制成)和锂离子电池电极(由锂制成),被称为锂离子电容器(LIC)。“这兼具两种系统的优点,既可以储存高功率能量(像电池),可以在高功率水平下运行,又能承受多次充放电循环(像超级电容器)。”

寻找合适的碳电极

LIC中经常使用各种形式的碳材料,比如石墨(具有优异的电负性,但其可用性较差)和碳纳米管(可能电气特性更佳,但生产难度更大)等。在这项研究中,研究人员提出了一个想法,既可以提高LIC中使用的碳的质量,又可以回收木材工业的废物流。

松木碳材料

由于西班牙巴斯克地区的林地资源相对丰富,周边锯木厂有大量以锯末形式提供的松木生物质。研究人员使用熔炉和低成本化学品(如氢氧化钾和氯化氢),利用锯末来生产碳基电极材料。他们发现,与传统的硬碳生产相比,该工艺可以创造出具有更优良特性的碳材料,以用作电池材料。

这些电极的生产使用了不同类型的碳。Ruiz de Larramendi表示:“并非所有生物质都能提供合适的碳。我们已经证明,利用松木生物质可以获得满意的结果。”其中一个电极由硬碳制成,另一个由活性炭制成。此外,研究人员非常重视使用经济高效、可持续的电极生产工艺,“用于生产电极的工艺具有节能性,合成温度不超过700℃,并且使用低成本添加剂。”

制造更好的储能装置

研究人员利用这些碳材料构建LIC并进行测试。结果发现,该实验系统的能量密度高达105 Wh/kg,且经过10000次循环后仍能保留60%的容量。

研究人员表示:“这是一种经济高效、可持续的替代方案,可用于改进传统的锂离子电容器。利用来自生物质的材料,有望开发环保、经济高效的高功率储能系统。进一步开展这方面的研究具有重要意义。”

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