新工艺将煤焦沥青转化为优质石墨烯 用于超级电容器

盖世汽车讯 据外媒报道,美国能源部国家能源技术实验室(NETL)研究人员开发出低成本工艺,可以将煤焦油废料转化为高质量的石墨烯。这种材料可以将储能超级电容器系统的性能提高达55%。

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(图片来源:美国能源部国家能源技术实验室)

超级电容器可以储存电能,在某些方面可与电池相媲美。主要区别在于超级电容器可以在几秒或几分钟内快速充放电,而电池需要数小时。超级电容器可使用多达100万次充电/放电循环,而电池只能持续几千次循环。

超级电容器通常用于调节电网和间歇性可再生能源(如风车和光伏农场)之间的电力波动,还可作为不间断电源用于短期储能。在许多应用中,超级电容器和电池一起用于混合储能系统,通过一个设备的优势弥补另一个设备的劣势,从而创建协同系统,在各种条件下存储和提供能量。

研究人员Christopher Matranga表示:“长期以来,石墨烯被视为理想的超级电容器电极材料,但它在商业设备中的使用有限,因为很少有可以大规模、低成本地生产优质石墨烯的方法。”

研究人员Viet Hung Pham表示:“石墨烯是富有前景的超级电容器电极材料之一,因其具有大表面积、高电导率、良好的化学稳定性和优异的机械强度。”

NETL的研究发现了一种工艺,利用煤焦沥青(一种成本低且丰富的碳原料)和碳酸钾(K2CO3)催化剂,通过简单的过程即可制造出具有高碳质量收率(mass yields)的微观3D石墨烯。煤焦沥青是直接从煤中提取的碳氢化合物的粘性液体混合物,经常用于制造锂离子电池电极的粘合剂或涂层。

NETL报告指出,该创新工艺已生产出高质量石墨烯,其电容性能在迄今报告的石墨烯基超级电容器设备中处于前列。Pham表示,超级电容器可以比电容器存储更多的能量,而且比电池的功率密度更高,从而弥合了传统电容器和传统电池之间的差距。

据NETL报告,这些研究结果“克服了制造实用超级电容器电极的长期挑战,其中涉及平衡两个相互冲突的特性——高孔隙率和高材料密度。因此,这种简单的合成方法有助于生产低生产电极并开辟了新的机会,以在实用超级电容器设备中更广泛地使用石墨烯基材料。”

来源;盖世汽车网

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