新一代超级电容器将为绿色交通电气化

科学家们创造了新一代低成本、高能量的超级电容器来为电动汽车提供动力。伦敦帝国理工学院和伦敦大学学院 (UCL) 的研究人员已经为超级电容器生产了一种更便宜、更可持续和能量密集的电极材料，这可能为这种高功率、快速充电电动汽车技术的更广泛市场渗透铺平道路。

在这项发表在Advanced Science 上的研究中，该团队使用造纸工业的一种生物基副产品木质素来制造具有增强储能能力的独立电极。

研究人员表示，这可能会改变现有超级电容器技术的游戏规则，为当前模型提供更便宜、更可持续的替代方案。如果独立式超级电容器要在运输行业与电池和燃料电池脱碳方面发挥重要作用，该团队强调降低碳基电极生产成本的重要性以及对关键材料的依赖。

可持续材料

使用木质素代替昂贵的石墨烯基碳，该团队生产了一种独立式结构，该结构比当前型号更轻、更小，而且不会影响储能能力。这使它们非常适用于公共汽车、出租车和有轨电车等短距离电动车辆，在这些车辆中，它们能够在乘客上下车所需的时间内进行充电。

来自帝国理工学院化学工程系的共同通讯作者 Maria Crespo Ribadeneyra 博士说：“超级电容器是城市中心电动交通的理想候选者，那里的污染日益受到关注。然而，由于高生产成本。

“我们的研究基于一种低成本且可持续的生物基材料，与许多其他昂贵的替代品相比，这种材料每单位体积可以储存更多的能量。这在汽车领域尤为重要，因为它可以优化空间和组件成本至关重要。”

来自帝国理工学院化学工程系的共同通讯作者 Magda Titirici 教授补充说：“从木质素等废弃生物质流中创造可持续的多功能材料将在未来实现可持续且负担得起的能源材料供应链，并将消除我们对关键材料的依赖。锂等材料。

“将几张独立的碳纸压在一起以在小体积中存储更多电荷的想法是创新的，并且具有未来结构发展的潜力。想象一下，不是将电极支撑在手机壳或车顶上，它们是案子或屋顶。”

定制的微观结构

该团队在本研究中开发的创新技术使用电纺木质素纳米纤维垫，将它们压缩在一起形成致密的结构。这使他们能够通过减少对能量存储没有贡献的微米级孔隙的数量来定制电极的内部微观结构，同时保持存储电荷的单个纤维的孔隙率。这项工作是通过使用类似于 X 射线的先进成像技术在三个维度上观察内部微观结构而实现的。

来自 UCL 电化学创新实验室 (EIL) 的 Rhodri Jervis 博士和合著者解释说：“应对广泛电气化的巨大挑战将需要各种能量存储和转换设备相互协调工作，使用先进的和可持续材料。

“从电池到燃料电池再到超级电容器，了解这些设备中使用的材料的微观结构对于改进当前技术至关重要。在我们的实验室中，我们一直在开发先进的成像方法来查看和评估这些设备的微观结构。三个维度，这项工作突出了 3D 成像在揭示新材料在储能方面的潜力方面的优势。”

研究团队现在正致力于确保这项技术能够在商业上可行。他们目前正在开发一种新型超级电容器，其电解质具有非腐蚀性且更具成本效益，可以在商业设备中实施。

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