大麻纤维“比石墨烯还好”
转自: 本站原创浏览: 4595发布: 2015-08-10
科学家称大麻作物的废纤维可以变成高性能储能装置。他们将大麻皮杆“烹制”成碳纳米片并制造和“石墨烯一样或更好” 的碳纳米片。
美国研究人员称这种大麻技术可用于电动车和动力工具。该研究成果在旧金山举行的美国化学协会会议上公布。
纽约克拉克森大学的David
Mitlin博士主持了该研究。他说，人们会问：为什么是大麻？而他的回答是，“为什么不呢？我们制造的这种跟石墨烯一样的材料的价格只是石墨烯的千分之一——而且是废物利用。所用的大麻是合法种植的，完全不含四氢大麻酚——跟消遣性毒品没有任何关系。”
包括中国、加拿大和英国在内的国家会种植工业大麻用于制造服装和建筑材料。但剩下的韧皮纤维暨内皮通常作为垃圾填埋物。
Mitlin的团队将这些纤维回收制成超级电容器——一种改变电子产品充电方式的储能设备。
传统电池存储能量多，但充电缓慢。超级电容器可以迅速充满电，对于依赖高电平功率瞬爆的机器十分理想。例如，在电动车上，超级电容器用于回馈制动。
一直以来，科学家们将研发理想的超级电容器的重点主要都放在石墨烯上。石墨烯比钻石硬、比铜导电能力强、比橡胶有弹性。但是，石墨烯的主要问题在于其价格昂贵。
Mitlin博士此前领导的阿尔伯塔大学的研究组最擅长的就是寻找廉价的可持续性替代材料。
他们试验了各种生物垃圾，从泥煤苔到蛋无所不有。最近，他们的研究主题是将香蕉皮转化成电池。
Mitlin博士说，“生物垃圾可以做十分有意思的事。我们研究出了独家秘方。”
诀窍是将合适的植物纤维根据相应的电子设备定制—根据其有机结构。
“香蕉皮可以转变成密集的碳块-我们叫做伪石墨——对钠离子电池用处很大。”他解释道。
“但是大麻纤维结构相反——可以做成高表面积的薄片——对超级电容器很有用。”
他说，第一步是“烹制——像用高压锅一样。这叫做水热合成。一旦木质素和半纤维素融化，留下了碳纳米片——一种伪石墨烯结构。”
通过将薄膜制成电极，并利用一种离子液体作为电解质，Mitlin团队研发出了工作温度区间宽泛和高能量密度的超级电容器。这种装置完全组装后，能量密度为到每公斤12瓦时，这是目前市面上电池设备的
2到3倍，其充电时间少于6秒。它可以在0-100摄氏度之间工作。
Mitlin发表的论文认为这种装置的性能“与商业化石墨烯装置等同或更高”。
“显然大麻不可能做到所有石墨烯能做的事。”Mitlin博士承认。“但对于储能而言，它表现不错，而且价格低廉。”
目前Mitlin博士创建了一家名为Alta
Supercaps的公司，希望能够开始小规模生产。
该公司计划向石油和天然气业推销装置，因为高温可操作性是其优势。
Mitlin 博士认为该技术能变废为宝，从而有助于经济发展。何况，大麻是一种非常容易生长的植物，材料的来源十分方便。
无锡市翻译协会译自：phys.org
