一种基于植物的具有出色储能潜力的低成本超级电容器

超级电容器几乎可以在瞬间充电，并在需要时释放出巨大的能量，是一种具有巨大潜力的储能技术。我们已经看到了一些有趣的进展，用可持续材料制造设备，包括循环利用的塑料瓶、大麻甚至废弃的烟头。

德克萨斯农工大学的团队希望利用一种天然聚合物，这种称为木质素的聚合物赋予植物和树木以刚性。这是由造纸行业作为废品大量生产的，实际上我们已经看到了一些有趣的突破，努力将这种聚合物回收到其他产品中，例如更坚固的混凝土和3D打印的生物浆。

然而，新研究的作者希望用它来为一种用于超级电容器电极的材料--二氧化锰。与其他解决方案相比，这种化合物的纳米颗粒提供了许多好处，但电化学性能是它们倾向于下降的地方。

“与其他过渡金属氧化物（如钌或氧化锌）相比，二氧化锰更便宜，可获得性丰富，而且更安全，这些过渡金属氧化物被普遍用于制造电极，”研究作者梁宏说。“但二氧化锰的一个主要缺点是它的导电性较低。”

此前的研究表明，木质素与金属氧化物的结合可以提升超级电容器电极的电性能，但该团队希望研究如何能具体增强二氧化锰的功能。于是他们设计了一种超级电容器，其中这两种成分构成了关键的构件。

该团队首先在普通消毒剂中净化木质素，然后施加热量和压力，使液体分解，使二氧化锰沉积在木质素上。然后用这种混合物涂覆铝板形成电极，再与另一个由铝和活性炭制成的电极配对形成超级电容器，中间夹着凝胶电解质。

研究人员介绍说，这种新装置轻巧、灵活、成本效益高，增加了其作为汽车结构储能元件的潜力。他们还报告说，它在测试中经受住了极好的考验，发现它具有“非常稳定的电化学特性”，并且在数千次循环中保持了存储电荷的能力。

研究人员通过现有的文献，将其性能与其他先进的超级电容器设计进行了比较，包括那些电极完全由活性炭制成的超级电容器，或石墨烯与其他材料结合的超级电容器。在电容方面，它的表现都优于它们，这通常被用于衡量该器件存储电荷的指标。当与一种采用二硒化锡制成的电极的超级电容器相比，新装置提供的电容是其900倍。

“将生物材料集成到储能设备中一直很棘手，因为很难控制它们所产生的电性能，然后严重影响设备的生命周期和性能。”梁宏说。“另外，生物材料的制作过程一般包括化学处理，这对人体有害。我们设计了一种环境友好的储能装置，它具有卓越的电气性能，并且可以轻松、安全地制造，成本也低得多。”

该研究发表在《储能》杂志上。