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美科学家用砖头做“电池”,防水又坚固:秘诀是这种红色物质

作者:中国储能网新闻中心 来源:澎湃新闻 发布时间:2020-08-13 浏览:
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砖头变超级电容,美国圣路易斯华盛顿大学的科学家很会玩。

烧结砖,以粘土、页岩、煤矸石等为原料,经成型和高温焙烧而成,是一种世界通用的“经典款”墙体材料,最早可以追溯到5000年前的中国。

从化学角度看,这种古老材料很有趣。烧结砖的主要成分包括氧化硅、氧化铝和赤铁矿(α三氧化二铁),后者赋予其标志性的砖红色。

人类利把赤铁矿当做色素已有73000年历史,如今,它又成为了一些催化剂、磁铁和合金的廉价天然无机前体。此外,一些储能材料的成分也从赤铁矿提取,例如钾离子电池、锂离子电池、锌空气电池、赝电容所需的多氮化铁、磷化铁等。

赤铁矿如此百搭,美国圣路易斯华盛顿大学化学系的研究人员不禁脑洞打开,自带8%的氧化铁,多孔结构,耐热稳定,烧结砖不正是制作坚固电极的现成基底吗?

根据该团队8月11日发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上的论文,砖头变电池的关键在于添加一层名为PEDOT的导电聚合物。研究人员利用氧化铁多孔结构诱发聚合反应,在160摄氏度条件下添加盐酸蒸气,使用气相沉积技术控制赤铁矿分解,释放铁离子,伴随氧化自由基聚合,给整块砖头附上了一层PEDOT纳米纤维“外衣”。

最终制成的砖块超级电容器局部电容达到每平方厘米1.60法拉(F),能量密度达到每平方厘米222微瓦时(μWh)。

在概念验证实验中,研究团队在4.5V电压下将一个串联砖头装置充电15秒,随后以2.685V电压放电,将一个白色LED灯点亮了11分钟。

此外,砖头超级电容器以5分钟环氧胶封装,能够防水。浸没水下时进行1000次充放电后,装置保留90%的电容。

最后,砖头自带扩展性。根据作者的计算,这些“充电砖”砌成的“充电墙”或能储存大量电能。

关键字:超级电容器 储能

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