【核心提示】 爆米花除了吃还能干吗？近日，在扬州大学的环境工程实验室中，扬州大学教授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。而这项发明灵感来源于他女儿吃爆米花时的提问。 爆米花为何如此香脆？ 女儿提问给了他研究灵感 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。侯建华介绍，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。传统碳材料如石墨、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。” 侯建华介绍，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，成为侯教授的钻研方向。 “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。“爆米花具有多孔特质，能不能把爆米花作为超级电容器的材料，来储存能源呢？ ” 而现在这个来自女儿的灵感成为了现实。侯建华博士及其团队制备出爆米花基碳片，具有“超高”比表面积的蜂窝状结构，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。 爆米花有多大能量？ 电动车辆3分钟内能充满电 爆米花如何储存能量？侯建华介绍，将玉米用微波辐射8分钟转化为蓬松的爆米花，爆米花的体积比玉米颗粒扩大20多倍，这一爆炸过程形成了蜂窝状结构，进一步活化便能获得衍生多孔碳纳米片（爆米花经微波辐射，再活化之后形成的一种多孔材料）。 “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蓬松多孔的内部，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。 哪些材料能做超级电池？ 灯笼油条豆腐等材料都可以 除了爆米花，侯建华还通过其他的“绿色材料”来进行超级电容器的制作，如灯笼、豆腐、秸秆、油条等。 “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，这是一个非常具有中国元素的科技。” “最好的科技应该来源于生活，中国几千年的传统文化符号里有那么多值得我们借鉴的地方，我就想从中国传统文化入手，将我们的科技推向世界。”侯建华说。 目前这一重要研究成果发表在ACS Applied materials & Interfaces国际学术期刊上，并受到美国化学会的关注。该研究工作还得到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。 通讯员 何梦樊 记者 乔云 |