根據美國普渡大學(xué)(Purdue University)的研究人員發(fā)現，將花粉應用于鋰離子電池的陽(yáng)極時(shí)，充份展現作為可再生資源的潛力——自然衍生的花粉結構可望取代石墨，從而打造具有可再生材料的高效電池。
“我們的研究結果證實(shí)，可再生的花粉能夠為能量?jì)Υ嬖械年?yáng)極應用產(chǎn)生碳結構，”普渡大學(xué)材料工程系與化學(xué)工程系副教授Vilas Pol表示。
當今大多數鋰離子電池中的陽(yáng)極都是用石墨制造的。鋰離子中包含一種稱(chēng)為電解液的液體，而在電池充電期間，這些離子都儲存在陽(yáng)極。
研究人員分別以蜜蜂花粉與植物(香浦)花粉衍生的碳作為陽(yáng)極進(jìn)行測試。“這兩種物質(zhì)都十分豐富且易于取得，”Pol強調，“重點(diǎn)在于我們想要從自然界中學(xué)習，并用于創(chuàng )造具有可再生材料的更佳電池。”
雖然蜜蜂花粉是由各種蜜蜂采集的不同花粉種類(lèi)混合而成，但香蒲花粉的形狀則都是相同的。
Pol與博士班研究生Jialiang Tang共同進(jìn)行這項研究，相關(guān)研究與發(fā)現并已刊戴于《科學(xué)報導》(Scientific Reports)期刊中。
“大約在兩年前，我的媽媽告訴我她對花粉過(guò)敏后，我就開(kāi)始觀(guān)察花粉，”Tang表示。“花粉微觀(guān)結構的美及其多樣化讓我為之著(zhù)迷。但一直等到我開(kāi)始研究電池并學(xué)習到生物質(zhì)碳化后，才開(kāi)始有了把花粉拿來(lái)當作電池陽(yáng)極的想法。”
兩種不同花粉經(jīng)過(guò)熱分解后的花粉衍生碳微觀(guān)結構（來(lái)源：Purdue University）
研究人員們利用一種“熱分解”(pyrolysis)過(guò)程，在一個(gè)充滿(mǎn)氬氣的腔室中以高溫處理花粉，從而在花粉微粒的原始形狀下取得了純碳。接著(zhù)，在存在氧氣的狀態(tài)下以大約300℃的較低溫度進(jìn)一步加熱處理或使其“活化”，在這些碳結構中形成氣孔，從而增加其能量?jì)Υ婺芰Α?/p>
這項研究結果顯示花粉陽(yáng)極在不同的速率下均帶電荷。Pol表示，盡管充電10小時(shí)才能充電完成，但僅需充電1小時(shí)即可充電達一半以上。“理論上，石墨的容量可達到372mA.h/g，但我們在充電1小時(shí)后可達到200mA.h/g，”Pol解釋。
研究人員們并分別在25℃和50℃時(shí)進(jìn)行測試，以模擬各種氣候條件。“這是因為因天氣造成的電池退化情況在新墨西哥州和印第安納州時(shí)完全不同，”Pol解釋。
調查結果顯示香蒲的花粉表現比蜜蜂的花粉更好。
這項研究工作仍在進(jìn)行中。雖然目前的研究只在陽(yáng)極使用花粉，未來(lái)將致力于研究花粉在電池商用陰極的應用。
此外，該研究的電子顯微鏡觀(guān)察是在普渡大學(xué)的Birck奈米技術(shù)研究中心(Birck Nanotechnology Center )所進(jìn)行的。
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