脑洞大开：离子液体帮助制造自发电超级电容器？

2024-08-23 14:34:16 sh默尼 2

多年来，由于摩擦发电机具备能量提取能力强、制备工艺简单等优势，一直是人们关注的焦点。纳米摩擦发电机(TENG)的产生是该领域的一项重大突破。TENG的发电性能在一定程度上取决于其操作模式与摩擦生电系列材料的选择。许多生活中常见的材料（如尼龙、PET、PTFE等）已被广泛使用以提高瞬时输出性能。其中，蚕丝-PVDF摩擦电对有极大的潜力。


然而，仅发展产能设备是万万不够的，储能设备的发展也早已提上了日程。比如超级电容器，它具有特殊的比功率和比能量，也具备坚固性、快速充电能力、经济高效性以及持久稳定性等优势。此等潜力，促使基于超级电容器的储能平台有望成为最突出和最有潜力的储能平台。

另外一个大问题则是传统的能量存储和转换设备依赖于稀缺且昂贵的材料，这不仅增加了成本，还可能对环境造成负面影响。故而有必要寻找可持续且高效的替代材料。蚕丝，这种天然存在的蛋白质纤维，具有良好的机械性能和生物相容性，可以和PVDF进行摩擦从而产电，是制备TENG的理想材料。而生物废料衍生的活性碳也有妙用，其具有高比表面积和良好的电化学性能，适合作为超级电容器的电极材料。

基于此，印度理工学院的Tarun Kanti Bhattacharyya利用蚕丝与活性炭材料，设计了一种自发电动力电池，称为自发电超级电容器(SPSC)。这一设备能够同时实现能量的收集和存储。

研究者设想，TENG利用蚕丝和聚乙烯醇(PVA)涂层在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚偏二氟乙烯(PVDF)上的摩擦电对来生成电荷，而碳基对称超级电容器(CSSC)则利用从果肉废料中提取的活性碳来存储电荷，其中注入了离子液体(EmimBF4)电解质。两个TENG夹着CSSC的“三明治”即可组成SPSC。活性炭的XRD图谱显示，其兼具无序相与有序石墨相。蚕丝-PVA的FTIR图谱同时出现蚕丝和PVA的峰值，证实了蚕丝-PVA薄膜的形成。另外，蚕丝-PVA表面摩擦后变得粗糙，这一特性有利于摩擦生电。

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