蛋壳超级电容器

egg shell supercapacitors双电层电容器(Electrical double-layer capacitors,EDLCs)是在便携电子设备中最常用的一种超级电容器。由于对这类设备需求的持续增长,研究人员一直在寻找更廉价更有效的EDLC材料。我们所需要的是同时具有高功率和高能量密度的材料,而这些特性取决于材料的比电容和电阻。

首个EDLC专利中使用的是多孔碳材料,它基本满足这些性能要求,而且依旧是目前的首选材料。但是它的一个缺点是孔结构不够均匀,导致电子的传输不如在有序孔中那么高效。

所以,如果我们可以对碳中的孔结构进行调节,就可能有效地提高EDLC的性能。已经有科学家报道,通过制备由导电的碳骨架支撑的多孔碳复合材料,提供了材料的电容。

异质原子引入的赝电容以进一步提高电容器的性能,但这些原子往往是不稳定的。通过碳化生物材料将O和N原子固定在生物质碳中,可以解决这个问题。加拿大阿尔伯特大学的研究人员利用这种方法,将我们生活中最常见的一种垃圾-蛋壳应用于EDLC,获得了很高的比电容。

之前蛋壳的多孔膜曾被用作模板来制备大孔纳米管网络。在这个工作中,研究人员直接使用了蛋壳,经过碳化在活化前后将其用做超级电容器的电极。

碳化和活化过程仍然很好地保持了蛋壳原始的膜结构。虽然经过处理后材料表面的电阻率提高,但相比目前使用的电极材料仍然低了几个数量级。电容器经过10000次循环后的最大电容损失仅有5%,这使得蛋壳这种常见的生活垃圾很有可能在未来进入我们的便携电子设备,为它们提供能源的支持。

Z. Li et al., Adv. Energ. Mater. 2012; DOI: 10.1002/aenm.201100548

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