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腦洞大開:離子液體幫助制造自發電超級電容器?

2024-08-23 14:34:16 sh默尼 21

多年來,由于摩擦發電機具備能量提取能力強、制備工藝簡單等優勢,一直是人們關注的焦點。納米摩擦發電機(TENG)的產生是該領域的一項重大突破。TENG的發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。許多生活中常見的材料(如尼龍、PET、PTFE等)已被廣泛使用以提高瞬時輸出性能。其中,蠶絲-PVDF摩擦電對有極大的潛力。


然而,僅發展產能設備是萬萬不夠的,儲能設備的發展也早已提上了日程。比如超級電容器,它具有特殊的比功率和比能量,也具備堅固性、快速充電能力、經濟高效性以及持久穩定性等優勢。此等潛力,促使基于超級電容器的儲能平臺有望成為最突出和最有潛力的儲能平臺。

另外一個大問題則是傳統的能量存儲和轉換設備依賴于稀缺且昂貴的材料,這不僅增加了成本,還可能對環境造成負面影響。故而有必要尋找可持續且高效的替代材料。蠶絲,這種天然存在的蛋白質纖維,具有良好的機械性能和生物相容性,可以和PVDF進行摩擦從而產電,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性能,適合作為超級電容器的電極材料。

基于此,印度理工學院Tarun Kanti Bhattacharyya利用蠶絲與活性炭材料,設計了一種自發電動力電池,稱為自發電超級電容器(SPSC)。這一設備能夠同時實現能量的收集和存儲。

研究者設想,TENG利用蠶絲和聚乙烯醇(PVA)涂層在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚偏二氟乙烯(PVDF)上的摩擦電對來生成電荷,而碳基對稱超級電容器(CSSC)則利用從果肉廢料中提取的活性碳來存儲電荷,其中注入了離子液體(EmimBF4)電解質。兩個TENG夾著CSSC的“三明治”即可組成SPSC。活性炭的XRD圖譜顯示,其兼具無序相與有序石墨相。蠶絲-PVAFTIR圖譜同時出現蠶絲和PVA的峰值,證實了蠶絲-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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