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棉花短绒变身电池原料

来源:科技日报 作者:朱彤 2017-06-08 16:17:10
  小小的棉花短绒,居然可以成为制造电池的原料,还能吸附化学试剂。最近,中国科学院新疆理化所资源化学研究室研究员张亚刚带领的研究团队就以棉花短绒为原料,设计开发了新型碳纤维和功能型氮掺杂多孔碳材料。

  传统的碳材料制备方法需要消耗大量的化石能源,还伴随着环境问题。多年来,该团队以棉花短绒为突破口,力图寻找一种新型碳材料。

  在一朵棉花植株上,发育正常的棉花纤维较长,轧花后棉籽上还残存着一些较短的纤维,叫棉花短绒。目前棉花短绒已成为重要的纤维素资源。

  新疆是国内的产棉大区,棉花短绒资源非常丰富。通过多年研究,张亚刚团队设计开发了一种以棉花短绒为原料,环保、低成本制备碳纤维的新工艺。在制备碳纤维过程中采用了纤维素氨基甲酸酯工艺。这种工艺与传统制备再生纤维素的方法相比,操作更简便也更环保。

  最近,团队又以棉花短绒为原料,经纤维素氨基甲酸酯、溶液配制,碳化、活化等步骤制备出氮掺杂多孔碳材料。同时,系统地考察了不同的碳化温度对试样得率、元素组成、形貌、孔结构的影响。

  这种材料孔隙结构可调,具有超高的比表面积。经过实验,以氮掺杂多孔碳材料制备的超级电容器在循环5000次后,比电容容量仍可保持初始容量的93%—95%,具有很强的稳定性。通过在不同电解液中实验,它还同时具备优异的倍率特性。此外,氮掺杂多孔碳还具有优异的染料吸附性能。

  据了解,上述研究成果已申报国家发明专利,并于近期发表在国际刊物《材料化学杂志A》上。业内认为,这种以植物为原料的新型碳材料在污水处理和超级电容器领域有着优异表现,在能源和环境领域应用前景广阔。
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