多孔生物質炭材料，打造更高性能的超級電容器

擁有來自植物的層狀多孔結構電極材料的超級電容。此圖片曾作為可持續能源燃料學術雜誌封面上（圖片來源：Dina Ibrahim Abouelamaiem 、Dina Mohammadieh）

這項研究工作的主要負責人Dina Ibrahim Abouelamaiem表示：「這項工作最關鍵的結果是超級電容器中材料的形式和功能之間的相關性。」 她接著闡述道：「我們的研究是基於對更加綠色的未來和改進的能源系統的需求而開展的，」 這就是為什麼他們的論文（發表在Sustainable Energy Fuels 雜誌）重點是闡述3D結構如何影響生物碳材料（基於植物纖維素的）的超級電容器的性能。 這些材料可作為性能優異的超級電容器中的貴金屬和有毒化學品的環保替代品。

助力未來

超級電容器是一種極具應用潛力的器件，正如它的名字一樣，它們在充放電的時候可以保持高功率密度和超長的使用壽命。 由於這些特性，超級電容器能夠填補電池和燃料電池之間設備性能的差距。 深入理解多個尺度上的納米結構對於優化材料性能和設計更好的器件至關重要。Ibrahim及其同事通過融合大量的補充技術，詳細闡明了結構和性能之間複雜的協同作用，並表明了層次多孔狀網路電極材料才能最有效地發揮作用。

他們的研究，通過使用氫氧化鉀活化的生物碳電極作為模型系統，並且還將這些發現與商業材料進行了對比，以證明生物碳電極更廣泛的適用性。 為了形成材料的完整圖像，研究人員利用一系列表徵方法，如SEM（掃描電子顯微鏡），BET（用於氮吸附的Brunauer-Emmett-Teller理論），XPS（X射線光電子能譜）和X-ray CT（X射線計算機斷層掃描）。 這一系列表徵技術涵蓋了廣泛的空間尺度，這意味著研究人員能夠完全分析納米、微米、中孔和大孔尺寸材料的結構特徵。

根據Ibrahim的說法，位於倫敦大學學院化學工程系的電化學創新實驗室（EIL）為這些測試提供的大量技術支持，可以讓研究人員進一步理解和闡述超級電容器設備結構與功能的關係。

需要孔徑混合物來優化超級電容器的生物碳材料（圖片來源：Dina Ibrahim Abouelamaeim）

超級電容器的孔隙

結果表明，不同孔隙大小的生物炭混合在一起形成了一個層次結構，這種結構可以有效提升材料性能。 測量結果顯示高比表面積和低電池電阻之間存在著直接關係，這導致了高比電容。該團隊使用各種電化學裝置，同時延長操作周期來測試超級電容器的性能，以證明材料的循環性和穩定性。 這些發現可以為不久的將來開發更高效、性能更高的儲能設備提供理論基礎。

文章來自nanotechweb網站，原文題目為Supercapacitor nano-architecture: Designing a plant-powered future，由材料科技在線匯總整理。

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