拥有来自植物的层状多孔结构电极材料的超级电容。此图片曾作为可持续能源燃料学术杂志封面上（图片来源：Dina Ibrahim Abouelamaiem 、Dina Mohammadieh）
这项研究工作的主要负责人Dina Ibrahim Abouelamaiem表示：“这项工作最关键的结果是超级电容器中材料的形式和功能之间的相关性。” 她接着阐述道：“我们的研究是基于对更加绿色的未来和改进的能源系统的需求而开展的，” 这就是为什么他们的论文（发表在Sustainable Energy Fuels 杂志）重点是阐述3D结构如何影响生物碳材料（基于植物纤维素的）的超级电容器的性能。 这些材料可作为性能优异的超级电容器中的贵金属和有毒化学品的环保替代品。
助力未来
超级电容器是一种极具应用潜力的器件，正如它的名字一样，它们在充放电的时候可以保持高功率密度和超长的使用寿命。 由于这些特性，超级电容器能够填补电池和燃料电池之间设备性能的差距。 深入理解多个尺度上的纳米结构对于优化材料性能和设计更好的器件至关重要。 Ibrahim及其同事通过融合大量的补充技术，详细阐明了结构和性能之间复杂的协同作用，并表明了层次多孔状网络电极材料才能最有效地发挥作用。
他们的研究，通过使用氢氧化钾活化的生物碳电极作为模型系统，并且还将这些发现与商业材料进行了对比，以证明生物碳电极更广泛的适用性。 为了形成材料的完整图像，研究人员利用一系列表征方法，如SEM（扫描电子显微镜），BET（用于氮吸附的Brunauer-Emmett-Teller理论），XPS（X射线光电子能谱）和X-ray CT（X射线计算机断层扫描）。 这一系列表征技术涵盖了广泛的空间尺度，这意味着研究人员能够完全分析纳米、微米、中孔和大孔尺寸材料的结构特征。
根据Ibrahim的说法，位于伦敦大学学院化学工程系的电化学创新实验室（EIL）为这些测试提供的大量技术支持，可以让研究人员进一步理解和阐述超级电容器设备结构与功能的关系。
需要孔径混合物来优化超级电容器的生物碳材料（图片来源：Dina Ibrahim Abouelamaeim）
超级电容器的孔隙
结果表明，不同孔隙大小的生物炭混合在一起形成了一个层次结构，这种结构可以有效提升材料性能。 测量结果显示高比表面积和低电池电阻之间存在着直接关系，这导致了高比电容。 该团队使用各种电化学装置，同时延长操作周期来测试超级电容器的性能，以证明材料的循环性和稳定性。 这些发现可以为不久的将来开发更高效、性能更高的储能设备提供理论基础。
来源：材料科技在线
