《危险的野草将被用作制造超级电容电极的材料》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-08-29
  • 来自NUST MISIS的科学家们已经研究了利用植物茎中纤维物质的可能性。他们把它们变成了电极 - 能够储存能量的元件。实验证明,这种经过处理的材料可以在不影响质量的情况下成功替代传统能源。

    超级电容器是储能设备。它们与传统电池的区别在于其高功率,长保质期和长使用寿命。这些特性部分是因为其具有大量不同尺寸的孔洞表面的活性炭充当电极材料。

    这些孔使得电极的面积增加,累积电荷的最大量直接取决于该面积。科学家们目前正在尝试从各种植物原料中获取碳材料,特别是来自农业废弃物 - 来自椰子、杏仁和核桃壳,谷物加工后留下的稻壳等。

    来自NUST MISIS的研究人员已经提出,在大猪草的茎中可以找到最佳的电极特性材料。它们由坚固的皮和柔软的内核组成,类似于海绵,形成多样化的多孔结构。该结构对于使用碳材料作为超级电容器的电极基础是有效的。为了将大猪草的茎秆转变成适合用作电极的材料,有必要为它们找到最佳的加工技术。

    将大猪草的干茎切成约一厘米长的条。然后,为了除去茎中含有的各种无机化合物,将它们用盐酸处理,洗涤并干燥。为了获得碳材料,在400℃的温度下用二氧化碳使压碎的大猪草茎饱和。在下一阶段,将所得材料与氢氧化钾混合并活化,即在氩气中打开那些孔。

    然后在900℃的温度下加工成主要的碳材料,最终形成具有2-4nm大小的孔的表面。

    “超级电容器的主要参数是容量,这意味着衡量电荷累积的能力,”圣彼得堡国立大学电化学系副教授Oleg Levin解释说。 - 从大猪草茎中获得的能力与其他材料获得的水平相同。当然,当使用石墨烯时,它会更高。但是,使用植物废料生产活性炭毫无疑问是全球性的。从这个角度来看,科学家们的工作前途无量,值得关注。”

    然而,该项目的负责人,NUST MISIS物理化学系主任米哈伊尔·阿斯塔霍夫教授强调,使用大猪草茎进行电极生产可能会遇到很大困难。事实上,为了获得原材料,您将不得不在全国各地旅行,砍伐并将其运到工厂中,因为为这种危险的野生植物建立播种区域是不合理的。“野生”大猪草的储备可能会很低。

    另一方面,目前,拥有强大繁殖力的大猪草所覆盖的区域抑制了落入土壤的其他植物种子的发育。

    阅读延伸:

    巨型猪草(学名:Heracleum mantegazzianum),又名大猪草。巨型多年生植物,植株高2-5 米,有时能达到7米。因其地域侵略性和对人体的危害而被众多国家、地区列为有害杂草。

    大猪草的根、茎、叶、花和种子的汁液中都含有呋喃香豆素,而呋喃香豆素具有强烈的紫外线吸收作用。一旦皮肤接触到它,就会导致日照性皮炎,两日内结合阳光和汗液后,皮肤就会出现水泡并感到灼痛。

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    • 编译者:guokm
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    • 超级电容器作为一种储能设备,受到很大的欢迎。   移动电子设备、电动汽车、无人机和其他技术的爆炸式增长,推动了人们对需要能够为此类设备提供动力的新型轻量化材料的需求。据外媒报道,美国休斯顿大学(the University of Houston)和德州农工大学(Texas A&M University)的研究人员利用由还原氧化石墨烯和芳纶纳米纤维制成了结构型超级电容器电极,而且此种电极比传统的碳基电极更坚固、更灵活。   休斯顿大学研究团队还证明,与传统的建模方法(即多孔介质模型)相比,基于该材料纳米结构建模可以更准确地了解该复合电极中离子扩散情况及其相关特性。   研究人员表示,更精确的建模法可以帮助研究人员找到更高效的新型纳米结构材料,且此种材料能在重量更轻的情况下,实现更长的电池寿命,提供更高的能量。   研究人员知道,接受测试的材料,即还原氧化石墨烯和芳纶纳米纤维(或rGO/ANF)是一种很好的候选材料,因为其具备很强的电化学和机械性能。超级电容器电极通常由多孔碳基材料制成,可实现高效的电极性能。而还原氧化石墨烯主要就由碳制成,芳纶纳米纤维则提供了机械强度,增加了该电极的多功能性,让其可用于军事等多种应用。该研究也正好由美国空军科学研究办公室资助。   目前的论文反映了研究人员对改进建模,以发明新能源材料感兴趣。研究人员表示:“我们想要的传达的是,传统模型,即基于多孔介质的模型,在设计此类新型纳米结构材料以及探究此类材料用于电极或其他储能设备时,可能还不够精确。原因在于多孔介质模型一般假设材料内部的孔隙大小均匀,而不是测量该材料的不同尺寸和几何特性。”
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    • 来源专题:数控机床与工业机器人
    • 编译者:杨芳
    • 发布时间:2015-05-15
    • 增材制造 基于3D打印技术的摇滚演唱会 上周,黑色安息日摇滚乐队在法兰克福的表演带给德国摇滚歌手极大震撼,就在同一时间,另一支乐队也在法兰克福会展中心的一个大型会堂里准备自己的演出设备。实际上,这支乐队在此之前还没有接触过自己要演奏的乐器;这是因为他们所使用的乐器是在演出前一天才用3D打印机打印出来。 当时,欧洲模具展也在法兰克福会展中心举行,该展会是一个全球性展会,为来自世界各地的模具制造、机床制造和准备开设工厂的工程师提供了一个交流平台。欧盟模具展已经举办了20年,不仅展出传统生产技术设备,如焊接、机械加工和注朔成型技术设备,新近出现的3D打印技术设备也出现在了本届展会上。3D打印技术又被称为增材制造技术,是指利用添加材料的方法来制造实体物品的技术。根据欧洲模具展公布的信息,3D打印设备已经有20种不同的方式打印方式,使用的打印材料除了朔料、金属之外,越来越多的其他材料也能被用与3D打印。 大卫·阿杜·阿毗基和其他乐队成员在欧洲模具展上表演所使用的电吉他、电子琴和架子鼓都是使用3D打印技术设备打印出来的,这他们的表演最吸引人观众的地方。大卫他们的表演想人们展示了3D打印技术发展的两个重要趋势。第一个趋势:人们利用3D打印技术,不用花多少钱就能成为一个生产商。 使用3D打印机来制造乐器已经不是什么新鲜事了。此前,在位于新西兰奥克兰的梅西大学,有一个名叫奥拉夫·迪戈尔的机电一体化教授,他喜欢弹吉他,曾使用3D打印机制造了一些乐器。随着奥拉夫·迪戈尔的设计乐器的品质不断提高,奥拉夫·迪戈尔将自己制造的乐器图片发表在了自己的博客上;不久就有人联系奥拉夫·迪戈尔,表示愿意购买这些乐器。在2012年,奥拉夫·迪戈尔成了一个叫做“ODD 吉他”的公司,进行小规模地制造乐器。ODD吉他公司每一把吉他都是按照买家的要求定制,因此,每一把吉他都是独一无二的。ODD吉他公司在销售了20多把吉他后,奥拉夫·迪戈尔将销售定制3D打印吉他的业务转给了一个名叫“3D系统”的美国公司,正是3D系统公司为大卫·阿杜·阿毗基他们制造了在欧洲模具展上表演用的乐器。 “沃雷斯联盟”是一家3D打印技术行业资讯公司。在沃雷斯联盟主办的一次展会上,奥拉夫·迪戈尔声称:“销售3D打印技术制造的产品,几乎不会遇到资金危机。”3D打印机能按照买家要求打印吉他,因此,制造厂商不会有任何库存问题。此外,3D打印机电整个制造产品的过程都由电脑软件控制,如果要对产品进行修改,直接用电脑软件修改即可,无需调整价值不菲的生产设备。例如,一些吉他买家告诉奥拉夫·迪戈尔他们想要在电吉他上嵌木板,以保证吉他声音的纯正,奥拉夫·迪戈尔随即按照他们的要求进行了调整,虽然在奥拉夫·迪戈尔看来,在吉他上嵌不嵌木板,发出的声音根本没有任何区别。 第二种趋势:将传统加工技术与3D打印技术相结合。奥拉夫·迪戈尔对此解释道:“你能用3D打印机打印出所有东西,但所有东西都要用3D打印机来制造,这就有点过了。”因此,奥拉夫·迪戈尔制造的吉他、架子鼓和电子琴都使用了一些使用传统技术制造的零件和电子元件。(虽然3D打印机也能打印出电子元件。)奥拉夫·迪戈尔的想法是用当前最好的加工方法来制造乐器。奥拉夫·迪戈尔制作了一把名叫“蒸汽朋克”的电吉他,“蒸汽朋克”的内部装满了转动的齿轮;“蒸汽朋克”这种精细的结构如果使用常规机床制造,将是十分困难。 在欧洲模具展上,人们还见到了将传统技术和3D打印技术相结合的其他应用领域。德国DMG Mori Seiki公司是一家在德国和日本都有生产基地的工业机床制造商,该公司在本次欧洲模具展上,想人们展示了他们制造的融合3D打印技术和传统加工技术的混合加工技术机床原型,该机床自身能存储金属粉末,利用激光将金属粉末融化,并将融化后的液态金属一层层地焊接在一起;除了这种激光打印设备,该机床还配有多轴联动铣削头,能将工件上多余的材料去除掉,从而加工出高精度零件。 3D打印技术看起来还不错吧?大卫·阿杜·阿毗基对此已有了深刻印象,但大卫·阿杜·阿毗基认为要是对3D打印机还做一些改进,做出的乐器会更好。不论怎样,这些3D打印机打印出来的乐器足以让奥齐·奥斯本和其他黑色安息日摇滚乐队的成员大吃一惊了。