震惊!榴莲造的电池你敢用吗?

作者: 朱步冲

来源: 果壳

发布日期: 2023-02-03 12:00:16

悉尼大学化学与生物工程学院的专家发现,榴莲可能成为未来电动汽车与其他消费电子产品快速充电设备的重要原材料。通过从榴莲和菠萝蜜剩余残留物中提取有效成分,制造超级电容材料,这种材料具有高能量密度和稳定性。然而,超级电容器的能量密度较低,且利用榴莲核制造的碳材料质量不稳定,限制了其大规模应用。

出产在东南亚的榴莲,被誉为水果之王。榴莲,因为独特浓郁的气味,如同奶油冻一般浓甜细腻的果肉,被称为水果之王。喜欢它的老饕,恨不得日啖三百,而对其气味排斥者,则深恶痛绝,见到它就如入鲍鱼之肆,掩鼻疾走。悉尼大学化学与生物工程学院的一群专家却发现,在这种口碑两极分裂的热带水果身上,可能诞生一项未来新能源黑科技。

榴莲很可能成为未来电动汽车与其他消费电子产品快速充电设备的重要原材料。在一片刊登于《能源贮藏》的论文中,悉尼大学化学与生物工程学院的文森特·G·戈麦斯副教授提出了一个大胆的发现,从榴莲和菠萝蜜剩余残留物中,可以提取出制造超级电容材料的有效成分。

我们都知道,普通的电池,是靠内置活性物质的化学反应来储存电能的。与普通电池不同,超级电容是利用双电层原理制成的电容器,靠固体和固体,或液体和固体界面处的电荷分离来进行能量储存,也就是通过收集静电来储存能量。电容储存的是电能。电池储存的是由电能转化后的化学能。前者是物理变化,后者是化学变化。

在超级电容内部,作为正负极的是金属面板,中间是多孔渗透材料,以便尽可能多储存电能。戈麦斯打了个生动的比喻,如果把电能比喻为水,那么超级电容就好比一块海绵,尽可能地将电能“吸纳”在其中。

利用榴莲残余物制造碳气凝胶流程图。通过高压灭菌,戈麦斯和他的同事将榴莲与菠萝蜜核去除杂质,在零下80度真空环境中冷冻,经高热处理,最终做出了一批性能良好的碳气凝胶原料。近年来,材料学专家也一直尝试以其他自然界植物,比如西瓜与西柚的果皮,甚至纸浆为原料,制造碳气凝胶,但比起人工碳纳米管来,性能都不令人满意。

根据实验数据,戈麦斯团队在超级电容中加入榴莲果核制造的碳气凝胶后,它的质量能量密度能够达到82.5瓦时/千克,比起传统超级电容10到20WH/kg的表现,确实是有了飞跃。

首先,超级电容器的工作方式与传统电池不同,虽然可以更快地充电,但电压低,无法存储太多能量,能量密度只有锂电池的十分之一。根据统计,现有汽车市场上纯电动动力汽车电池的质量能量密度,大约是350 Wh/kg。所以说,超级电容本身,暂时还是一种前景不明朗,性价比不高,使用场景狭窄的技术。

第二点,较之工业制造的人工碳纳米管,利用榴莲核这样的自然生物垃圾制造出的超级电容用碳材料,质量极不稳定,品控难度极高。试想一下,一种大规模制造,日常需求极高的产品,在制造过程中,品质极端不稳定,这一批性能优良,下一批可能就是废物,那肯定是无法接受的。

所以,许多能源与材料工业专家指出,超级电容的未来,很可能是手机,以及可穿戴设备等相对轻量化、对电量要求不高的轻型消费电子产品。这样本身轻便,在充电速度上占优的超级电容器才会有用武之地。所以说,想让榴莲变身黑科技满满的劲量小电池,还有一段漫长的道路要走。

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