中国北方的路边遍布着落叶的凤凰树,秋天生长着丰富的落叶。这些树叶通常在较冷的季节被烧毁,加剧了该国的空气污染问题。中国山东的研究人员最近发现了一种将这种有机废物转化为多孔碳材料的新方法,该材料可用于生产高科技电子产品。AIP出版社在“可再生和可持续能源杂志”上报道了这一进展。

  研究人员使用了一个多步骤但简单的过程将树叶转换成可以作为活性材料结合到电极中的形式。首先将干燥的叶子研磨成粉末,然后加热至220摄氏度12小时。这产生了由微小碳微球组成的粉末。然后用氢氧化钾溶液处理这些微球,并通过在450至800℃的一系列跳跃中升高温度来加热。

  化学处理腐蚀碳微球的表面,使其极其多孔。最终产品,黑色碳粉,由于存在许多微孔,这些微孔在微球表面上被化学蚀刻,因此具有非常高的表面积。高表面积使最终产品具有非凡的电气性能。

  研究人员对多孔微球进行了一系列标准电化学测试,以量化其在电子设备中的应用潜力。这些材料的电流 - 电压曲线表明该物质可以制成出色的电容器。进一步的测试表明,这些材料实际上是超级电容器,其比电容为367法拉/克,比某些石墨烯超级电容器的值高出三倍多。

  电容器是广泛使用的电气部件,其通过将电荷保持在两个导体上来存储能量,所述两个导体通过绝缘体彼此分开。超级电容器通常可以存储10-100倍于普通电容器的能量,并且可以比典型的可充电电池更快地接收和输送电荷。由于这些原因,超级电容材料对于各种能量存储需求具有很大希望,特别是在计算机技术和混合动力或电动车辆中。

  该研究由齐鲁理工大学的马红芳领导,一直致力于寻找将废弃生物质转化为可用于储能技术的多孔碳材料的方法。除了树叶,该团队和其他人已成功地将马铃薯废弃物,玉米秸秆,松木,稻草和其他农业废弃物转化为碳电极材料。马教授和她的同事们希望通过优化制备工艺并允许掺杂或改性原料,进一步改善多孔碳材料的电化学性能。

  由凤凰树叶制成的多孔碳微球的超级电容特性高于从其他生物废料材料衍生的碳粉的报道。细尺度多孔结构似乎是这种性质的关键,因为它促进电解质离子与碳球表面之间的接触,以及增强碳表面上的离子转移和扩散。研究人员希望通过优化其工艺并允许掺杂或改性原料来进一步改善这些电化学性质。