基于分級多孔碳材料能量存儲示意圖

隨著便攜式電子產品和電動汽車向著輕量化、小型化的快速發展，開發與之相匹配的兼具高體積能量密度和高功率密度的長壽命儲能器件成為當前的迫切需求。溫州大學化材學院金輝樂教授根據市場要求并結合溫州特色再次玩出生物質碳新高度，他利用溫州楊梅制備高性能超級電容器，提高了超級電容器的應用市場。

楊梅再利用，優化生物質碳基材料

“楊梅是溫州的特產，但是楊梅采摘周期短，成熟的楊梅落地便無法食用，這是一種損失，我們的課題充分使楊梅再利用，發揮生物質的利用價值。”金輝樂老師介紹說。超級電容器是一種能夠快速儲存和釋放能量的儲能器件，其輸出功率是一般蓄電池的數十倍，充電時間以秒、分鐘為單位，同時相對于鋰電池而言實用壽命更長，將它與蓄電池組合起來，就會成為一個兼有高比功率輸出的貯能系統。

據介紹，該實驗采用簡單制備Fe2O3/FeS修飾N,S-共摻雜層狀多孔碳材料的方法，以生物質楊梅為前驅，通過調控楊梅與硫酸鐵之間的水熱反應，可以控制其微觀結構及組成。金老師把電容器儲能過程比喻為楊梅泡酒，楊梅如同電容器極板，其吸收分子的過程就像是在儲存能量。實驗利用楊梅比表面積大的特點，利用調節反應物的組分或退火溫度控制材料的形貌結構、比表面積、孔徑分布及摻雜元素制備。同傳統生物質碳基電容器相比，該材料具有超高的體積比電容（1320.4F/cm3）和體積能量密度，在大電流充放電下依然保持超高的穩定性。

金輝樂博士課題組

前景廣闊，產品涉及生活和特種多個領域

現今，市場上主要以傳統蓄電池和普通電容器為主，但是傳統蓄電池充電時間長，循環壽命短成為發展的短板，而普通電容器存在穩定性差和容量誤差大等問題。碳化楊梅制備高性能超級電容器不僅解決了時間和穩定性問題，還充分利用了生物質碳的優勢，在造價方面更具有選擇傾向性。

那么這種材料又有何應用前景呢？金輝樂老師介紹說，該反應制備的碳材料組裝而成的超級電容器具有極快的充放電速率(5萬次，80A/g電流密度下)、超高的體積電容(1320.4F/cm3，0.1A/g)以及高的能量密度(100.9Wh/kg，221.9Wh/L)等特點，可應用于日用生活和特種產品，在運輸、能源、工業、特種等大功率領域發揮重要作用。

目前，超級電容器在市場上最大的應用是運輸和能源再生領域。新能源汽車成為超級電容器在運輸行業的代表之一，國內多個省市投入運行并形成一定規模，車輛充電時間短，減少了對居民的出行影響。超級電容器能夠提高車輛混合電力、燃料電池的動力效率，加速或爬坡延長電池壽命，提供大電流放電及停剎車能量回收。據金輝樂老師介紹說，除了生活方面，超級電容器現已結合蓄電池共同為飛機、坦克等特種武器提供動力支持，未來行業發展中，超級電容器將會涉及產業各個方面，有儲能用電的地方就會有超級電容器的存在。