為減輕環境壓力 可使用木材超級電容器

報告研究小組組長、伊利諾伊斯大學可持續技術中心高級研究員Junhua Jiang表示，超級電容器與我們使用的電池相似。電池依賴化學反應持續生產電能，而超級電容器在其電極上集聚帶電離子，并且在放電時

　　研究人員的報告顯示，木材生物碳超級電容器能夠產生與當今活性炭超級電容器相等的電量，但成本卻更低且有利于保護環境。該報告發布于《電化學學報》。

　　報告研究小組組長、伊利諾伊斯大學可持續技術中心高級研究員Junhua Jiang表示，超級電容器與我們使用的電池相似。電池依賴化學反應持續生產電能，而超級電容器在其電極上集聚帶電離子，并且在放電時迅速釋放這些離子。這樣一來，它能夠閃電般地提供充足能量(如照相機的閃光燈)，或者即時滿足能源網高峰期需求。

　　“對于需要即時充電或者需要即時能量供應的應用設備來說，超級電容器是完美配件，因為它能以更低的成本迅速完成充電，”Junhua Jiang說，其在交通、電子、太陽能與風能存儲與配送方面應用前景廣闊。

　　當今許多超級電容器使用活性炭，而活性炭來自于化石能源。“為了生成活性炭的微結構，即增加孔量并優化孔網，需要成本高昂、工序復雜的程序。這道程序的目的在于增加電極表面積，以及提高各孔迅速捕捉并釋放離子的能力。” Junhua Jiang解釋了生成活性炭微結構的原理。

　　對于木材電容器而言，其木質天然孔狀結構可以直接視作電極表面，因此不必使用復雜的技術制造孔狀結構。而木材生物碳，則可通過低氧加熱木材獲得。

　　對于某些木材，孔的尺寸與分布非常適合離子快速傳輸。本次研究使用了紅刺柏，但是其他一些木材如楓樹或者櫻桃樹也適用。

　　通常，在制作超級電容器時，通常需要成本高昂且腐蝕性強的化學物質用來加工活性炭，以此賦予電極必要的物理與化學性質。

　　“使用這些化學物質可能會對環境造成影響。我們應該避免或盡可能減輕對環境的破壞，”Junhua Jiang表示。

　　Jiang與他的團隊用溫和的硝酸激活生物碳，清除了生物碳的灰燼(如碳酸鈣、碳酸鉀和其他雜質)。該工序還具有另一個好處，硝酸化合物作用產生的溶劑能夠當做化肥使用。

　　這些簡單的方法顯著降低了生產超級電容器所需的物質與環境成本。

　　“生物碳超級電容器的物質成本比活性炭超級電容器要低得多，” Junhua Jiang說。

　　當生物碳超級電容器使用壽命走到盡頭時，可以粉碎電極并作為有機土壤改良劑使用，這將讓土壤變得更加肥沃。“生物碳物質的性能可與當今高級碳物質相提并論，這包括碳納米管與墨烯材料。這意味著，我們能以更低的物質成本、與環境成本實現等同的效率。”