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腦洞大開(kāi):離子液體幫助制造自發(fā)電超級(jí)電容器?

2024-08-23 14:34:16 sh默尼 10

多年來(lái),由于摩擦發(fā)電機(jī)具備能量提取能力強(qiáng)、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。納米摩擦發(fā)電機(jī)(TENG)的產(chǎn)生是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。TENG的發(fā)電性能在一定程度上取決于其操作模式與摩擦生電系列材料的選擇。許多生活中常見(jiàn)的材料(如尼龍、PETPTFE等)已被廣泛使用以提高瞬時(shí)輸出性能。其中,蠶絲-PVDF摩擦電對(duì)有極大的潛力。


然而,僅發(fā)展產(chǎn)能設(shè)備是萬(wàn)萬(wàn)不夠的,儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展也早已提上了日程。比如超級(jí)電容器,它具有特殊的比功率和比能量,也具備堅(jiān)固性、快速充電能力、經(jīng)濟(jì)高效性以及持久穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。此等潛力,促使基于超級(jí)電容器的儲(chǔ)能平臺(tái)有望成為最突出和最有潛力的儲(chǔ)能平臺(tái)。

另外一個(gè)大問(wèn)題則是傳統(tǒng)的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換設(shè)備依賴(lài)于稀缺且昂貴的材料,這不僅增加了成本,還可能對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。故而有必要尋找可持續(xù)且高效的替代材料。蠶絲,這種天然存在的蛋白質(zhì)纖維,具有良好的機(jī)械性能和生物相容性,可以和PVDF進(jìn)行摩擦從而產(chǎn)電,是制備TENG的理想材料。而生物廢料衍生的活性碳也有妙用,其具有高比表面積和良好的電化學(xué)性能,適合作為超級(jí)電容器的電極材料。

基于此,印度理工學(xué)院Tarun Kanti Bhattacharyya利用蠶絲與活性炭材料,設(shè)計(jì)了一種自發(fā)電動(dòng)力電池,稱(chēng)為自發(fā)電超級(jí)電容器(SPSC)。這一設(shè)備能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量的收集和存儲(chǔ)。

研究者設(shè)想,TENG利用蠶絲和聚乙烯醇(PVA)涂層在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚偏二氟乙烯(PVDF)上的摩擦電對(duì)來(lái)生成電荷,而碳基對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器(CSSC)則利用從果肉廢料中提取的活性碳來(lái)存儲(chǔ)電荷,其中注入了離子液體(EmimBF4)電解質(zhì)。兩個(gè)TENG夾著CSSC的“三明治”即可組成SPSC活性炭的XRD圖譜顯示,其兼具無(wú)序相與有序石墨相。蠶絲-PVAFTIR圖譜同時(shí)出現(xiàn)蠶絲和PVA的峰值,證實(shí)了蠶絲-PVA薄膜的形成。另外,蠶絲-PVA表面摩擦后變得粗糙,這一特性有利于摩擦生電。

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