时间：2017-12-5 17:16:28 来源：科学网
中国科学报讯爆米花除了吃还能干嘛？近日，在扬州大学环境科学与工程学院实验室中，该校侯建华博士团队利用爆米花制成“超级电池”，3分钟内能充满电，有望克服电动车辆行驶里程短、充电时间长的发展瓶颈。而这项发明灵感，则是来源于他女儿吃爆米花时的提问。
随着可再生清洁能源的发展，与之匹配的能源存储器件研究也越来越受到关注。侯建华说，超级电容器作为一种新型储能设备，因其超高的功率密度、稳定性和长循环寿命等优势，已逐渐走进人们的生活。碳材料因其较低的成本和理想的电化学性能，成为超级电容器电极材料的首选。传统碳材料如多孔碳、活性炭等容量有限，很大程度上限制了电化学储能器件在实际生活中的应用，也阻碍了超级电容器作为主要动力能源的进程。因此，对碳材料的微观结构和化学组分进行调控，以提高碳材料的电化学性能是十分必要的。
据了解，目前已有的调控方法，如硬模板法、物理活化法等，大多只能单一调控多孔碳的某个特征，且操作通常较为复杂、成本较高。致力于开发一种简单、绿色、可规模化的方法，对多孔碳的结构进行精确设计，以获得高能量密度和功率密度的超级电容器，成为侯建华的钻研方向。
“为什么爆米花会如此的香脆？”一次女儿吃爆米花时的提问，给了侯建华灵感。他联想从玉米到爆米花微观结构发生的变化。“爆米花具有多孔蜂窝状结构，能不能把爆米花作为超级电容器的材料，来储存能源呢？ ”
如今，侯建华及其团队制备出爆米花基多孔碳片，具有“超高”比表面积的蜂窝状纳米片结构，获得在生物质碳材料中具有最高能量密度的超级电容器器件。
爆米花如何储存能量？侯建华介绍说，将玉米用微波辐射2分钟转化为蓬松的爆米花，爆米花的体积比玉米颗粒扩大超过25倍，这一爆炸过程形成了蜂窝状结构，进一步微波碳化后便能获得衍生多孔碳纳米片。“爆米花蜂窝状结构拥有超高比表面积和完美的孔径，一小块材料便能将大量电量存储到其纳米片状多孔的内部，极大地提高超级电池的存储能力。”侯建华表示。
据了解，爆米花基电池的能量密度是已报道的生物质衍生碳材料中最高值。实验结果显示，利用爆米花制成的超级电池3分钟内能充满电，经一万次充放电后容量仍然大于95%，极有望克服电动车辆行驶里程短、充电时间长的发展瓶颈，满足电动车辆主要动力能源的迫切需求。
除了爆米花，侯建华博士还通过其他的“绿色材料”进行超级电容器的制作，如灯笼、豆腐、大米、油条等，特别是再结合利用农作物秸秆的本征空隙结构。据介绍，这些材料和爆米花都有着相同的原理，比如灯笼，不打开的时候很小，打开之后就蓬松起来了，一个个小孔的空间就可以存放电量，同时这是一个非常具有中国元素的科技。
目前，这一研究成果发表在《ACS应用材料与界面》国际学术期刊上。该研究工作还得到了国家自然科学青年基金、省自然科学青年基金、大学生科技创新基金等项目的支持。
来源链接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/12/396158.shtm
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