研究顯示「大麻電池」比鋰和石墨烯都要強大

研究顯示「大麻電池」比鋰和石墨烯都要強大

大麻(hemp)是一種用途廣泛的農作物,它不僅可以用在工業、服裝、食品和紙張上,新的研究顯示,大麻電池甚至比鋰和石墨烯更強大。美國研究員表示,電動汽車和電動工具可以利用這種大麻技術。

專門從事儲能和電動汽車技術的公司Alternet Systems已在美國紐約購買土地,為了種植大麻作為超級電容器的材料,這種儲能形式的充電速度比鋰離子電池或任何其他類型的儲能器都還快得多。2019年2月,Alternet Systems聘請了紐約克拉克森大學的教授David Mitlin,他多年來一直在研究大麻的儲能系統。 

Mitlin表示,「人們問我,為什麼用大麻?我說,為什麼不用?我們正在以千分之一的價格製造類似石墨烯的材料,而且我們用的是廢料。我們使用的大麻完全是可以合法種植的,它完全沒有四氫大麻酚(THC),因此不會與任何娛樂性活動有重疊。」

Mitlin的研究使用大麻韌皮(大麻內部的皮)和大麻生產過程中的廢料,來代替超級電容器中昂貴的石墨烯材料,他將剩下的大麻韌皮廢料「煮」成碳奈米片,該過程稱為熱液合成作用(hydrothermal synthesis)。

Mitlin表示,「生物性廢棄物可以做很多有趣的東西,例如香蕉皮,你可以將它們變成密集的碳塊,我們稱它稱為偽石墨,這對鈉離子電池來說是好東西。 不過,如果你看大麻纖維,它的結構是相反的,它用高表面積做出許多的片,這在超級電容器裡非常有用。」

大麻韌皮被熬煮後,「你將木質素和半纖維素溶解,並留下這些碳奈米片,也就是偽石墨烯結構」。這些超級電容器可在很寬的溫度範圍和高能量密度下運作。

這經過同儕評閱的論文將該設備評為「比石墨烯做的商用設備更好或相當」。

Mitlin表示,「它們的運作溫度低至0C時,會顯示出任何碳中所見過最佳的功率能量組合。 例如,在20 kW / kg的極高功率密度,和20、60、100C的溫度下,能量密度分別為19、34、40 Wh / kg ,在完全組裝後,能量密度為12 Wh / kg,可以在不到6秒的時間內充電。」

鋰離子電池並不完美, 它們需要很長的時間才能充電, 由於內部組件的磨損,它們的使用壽命也有限, 儘管它們可以存儲大量電能,但它們無法在瞬間提供大量電能。另一方面,超級電容器可以在幾秒鐘內充電並立即提供大量電能。 它們具有幾乎無限的生命週期,因為內部組件不會故障,並且它們可以在更寬的溫度範圍內充電和放電。不過,由於超級電容器的高成本和低能量密度,它們被擱置在一旁。 

如果我們能夠提高超級電容器的能量密度並降低成本,使它們與鋰離子電池相提並論,它們就有可能會改變整個電力產業,我們將擁有非常靈活的儲能裝置,使用壽命將近無限, 而超高的成本效益更是不用說了!

在中國,大麻已被廣泛種植,而在加拿大,紡織工業也正在蓬勃發展,Mitlin認為,如果這項技術真正起飛,它將對經濟有很大的幫助,他表示,「很多農民會很興奮可以種植大麻。」

新聞來源: BBC Earthtechling

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