弗吉尼亚理工大学的研究人员探索了多孔碳纤维在电化学储能中的工业应用。

多孔碳纤维显示了其在汽车储能方面的潜力-复合材料网

弗吉尼亚理工大学(布莱克斯堡,Va.)科学院的研究人员正在发现多孔碳纤维在电化学能量储存方面的工业用途。

据 CW 最近报道,这种碳纤维是由化学助理教授、大分子创新研究所成员刘国梁开发的。 他的实验室使用嵌段共聚物来制造中孔均匀分散的碳纤维,使它们看起来像海绵。

刘最近在《自然通讯》杂志上发表的文章展示了这些纤维是如何实现高能量密度和高电子 / 离子充电率的,而这些在电化学储能装置中通常是互斥的。 刘的长期愿景是用多孔碳纤维制造汽车外壳,这种碳纤维可以在毛孔内储存能量。

"这将是与行业相关的下一步,"刘明康表示。 "我们希望制定一个有利于工业发展的流程。 现在,工业界应该认真考虑碳纤维,不仅将其作为一种结构材料,还应该将其作为汽车、飞机和其它设备的储能平台。"

据刘先生介绍,碳纤维与准电容材料如锰氧化物(Mn02)耦合后可用于储能,这使得碳纤维可以储存大量的能量。 刘研究了二氧化锰在他的研究中的用途,将碳纤维浸泡在 KMnO4前驱体的溶液中。 然后前体与碳发生反应,腐蚀掉一层薄薄的碳,并锚定在其余的碳上,形成一层厚约2纳米的薄膜。

然而,据刘说,以这种方式使用二氧化锰会造成充放电速度慢的问题。 二氧化锰太少意味着存储容量太低。 过多的二氧化锰会产生过厚的电绝缘层,减缓离子的传输。

据报道,刘的多孔碳纤维有能力克服这一挑战。 在他的实验室测试表明,高负荷的二氧化锰以及持续的高充放电率。 在性能下降之前,刘的实验室装载了7毫克 / 平方厘米的二氧化锰。 据报道,这是目前工业可利用二氧化锰数量的两倍或近三倍。

"在质量负荷为7毫克 / 平方厘米的情况下,我们已经达到了这种材料理论极限的84% ,"刘说。 "如果你加入7毫克 / 平方厘米的其它材料,你就达不到这个效果。"

从长远来看,刘志军认为电动超级轿车将取代汽油动力汽车。 在短期内,他期待使用碳纤维部件在短时间内提供能源,以加快汽车的速度。 除了汽车工业,刘设想他的光纤在其他运输应用中的应用,如运输无人机。

"如果你希望无人机为亚马逊运送产品,你希望无人机承载尽可能多的重量,你希望无人机尽可能轻,"刘说。 "碳纤维无人机可以同时完成这两项任务。 碳纤维是运输货物的坚固结构材料,是提供运输动力的储能材料。"

最新论文的第一作者是刘天宇,刘实验室的博士后助理。 参与这项研究的还有前博士后同事周正平和郭义琛,以及化学系三年级教授的博士生董国。