多孔碳纤维研究向汽车工业的应用又迈进了一步

最近报告的多孔碳纤维的研究是如何在工业环境中使用此材料，从理论上的应用中标记重要步骤。

刘国良，理学院化学助理教授，大分子创新研究所成员，一直致力于开发具有均匀多孔结构的碳纤维。欧洲杯线上买球在最近发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一篇文章中，刘详细欧洲杯线上买球介绍了他的实验室如何使用嵌段共聚物制造出均匀分布在各处的中孔碳纤维，类似于海绵。

仅仅一周之后，刘又发表了一篇文章，这次发表在《自然通讯》上。这篇新文章展示了刘的多孔碳纤维是如何实现高能量密度和高电子/离子充电速率的，这在电化学储能装置中通常是相互排斥的。

“这是与工业相关的下一步，”刘说。“我们希望制造一种工业友好型流程。现在，行业应该认真看待碳纤维，不仅要把它作为一种结构材料，还要把它作为汽车、飞机和其他产品的储能平台。”

引入pseudocapacitive材料欧洲杯足球竞彩

由于它们在各种领域的高性能高，包括机械强度和重量，这些碳纤维已经广泛用于航空航天和汽车行业。刘的长期愿景是将外部车壳从多孔碳纤维构建出来，这些碳纤维可以将能量储存在毛孔内。

但是碳本身是不够的。虽然碳在结构上是主要材料，但它的能量密度并不高，不足以为高要求的应用创造超级电容器。

目前的行业标准耦合碳与已知伪涂敷材料的碳，这解锁了存储大量能量但诱导电荷放电率慢的另一个问题的能力。欧洲杯足球竞彩

常用的伪涂膜材料是氧化锰（MNO₂)，因其成本低，性能合理。加载MnO₂含有碳纤维或另一种材料，刘浸泡在Kmno的溶液中_4.前体。然后前驱体与碳发生反应，蚀刻掉一层薄薄的碳，并固定在其余的碳上，形成一层厚度约为2纳米的薄涂层。

但是，MnO给行业带来了挑战₂。太少的mno.₂表示存储容量过低。太多MnO₂造成太厚的绝缘层。更糟糕的是，它减缓了离子的传输。两者都有助于减缓充放电速率。

“我们希望将碳与假壳材料耦合，因为它们的能量密度高于纯碳。欧洲杯足球竞彩现在问题是如何解决电子和离子电导率的问题，“刘说。

然而，刘发现他的多孔碳纤维可以克服这一僵局。在他的实验室里进行的测试显示了这两种情况的最佳结果:高负载的MnO₂并保持高充放电率。

刘的实验室证明，它们的载重量可达7毫克/厘米²的MnO₂在表演下降之前。这是双重或几乎三倍的mno₂这个行业目前可以利用。

“我们在7毫克/厘米的质量负载下实现了84％的本材料的理论极限²刘说。“如果加载7毫克/厘米²其他材料，你不会达欧洲杯足球竞彩到这个。“

短期应用程序

按照刘的实验室发表的结果，由外壳驱动的汽车可能会比我们想象的更早出现，但刘对这个想法进行了刹车。

“从长远来看，我们可以只用电动超级电容汽车来取代汽油，”刘说。“目前，我们能做的最起码的事情就是把它用作汽车的能量存储部件。”

刘表示，短期内的应用可能是利用碳纤维部件在短时间内提供大量能量，以加快汽车速度。

但刘也将目光投向了汽车行业以外的其他交通应用领域。

“如果你想要一架无人机为亚马逊送货，你就会希望无人机承载尽可能多的重量，你也会希望无人机尽可能轻，”刘说。“碳纤维无人机可以做这两种工作。碳纤维是运载货物的坚固结构材料，也是为运输提供动力的储能材料。”欧洲杯足球竞彩

刘的实验室对这种材料的研究正在加速，他说他还有很多想法要测试。

“我相信的是，多孔碳纤维是平台材料，”刘说。“前两篇论文，我们专注于车辆的储能。但我们认为这种材料可以做到这一点。希望很快将能够讲述更多的故事。“

本文的第一个作者是刘实验室的博士后刘天宇刘。还涉及研究是郑平周和宜辰郭，两名前博士后伙伴，以及董国，化学系第三年博士生。

来源:https://vt.edu/