根據美國普渡大學(Purdue University)的研究人員發現,將花粉應用於鋰離子電池的陽極時,充份展現作為可再生資源的潛力——自然衍生的花粉結構可望取代石墨,從而打造具有可再生材料的高效電池。

「我們的研究結果證實,可再生的花粉能夠為能量儲存元件中的陽極應用產生碳結構,」普渡大學材料工程系與化學工程系副教授Vilas Pol表示。

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當今大多數鋰離子電池中的陽極都是用石墨製造的。鋰離子中包含一種稱為電解液的液體,而在電池充電期間,這些離子都儲存在陽極。

研究人員分別以蜜蜂花粉與植物(香浦)花粉衍生的碳作為陽極進行測試。「這兩種物質都十分豐富且易於取得,」Pol強調,「重點在於我們想要從自然界中學習,並用於創造具有可再生材料的更佳電池。」

雖然蜜蜂花粉是由各種蜜蜂採集的不同花粉種類混合而成,但香蒲花粉的形狀則都是相同的。

Pol與博士班研究生Jialiang Tang共同進行這項研究,相關研究與發現並已刊戴於《科學報導》(Scientific Reports)期刊中。

「大約在兩年前,我的媽媽告訴我她對花粉過敏後,我就開始觀察花粉,」Tang表示。「花粉微觀結構的美及其多樣化讓我為之著迷。但一直等到我開始研究電池並學習到生物質碳化後,才開始有了把花粉拿來當作電池陽極的想法。」

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兩種不同花粉經過熱分解後的花粉衍生碳微觀結構
(來源:Purdue University)

研究人員們利用一種「熱分解」(pyrolysis)過程,在一個充滿氬氣的腔室中以高溫處理花粉,從而在花粉微粒的原始形狀下取得了純碳。接著,在存在氧氣的狀態下以大約300℃的較低溫度進一步加熱處理或使其「活化」,在這些碳結構中形成氣孔,從而增加其能量儲存能力。 在高溫下

這項研究結果顯示花粉陽極在不同的速率下均帶電荷。Pol表示,儘管充電10小時才能充電完成,但僅需充電1小時即可充電達一半以上。「理論上,石墨的容量可達到372mA.h/g,但我們在充電1小時後可達到200mA.h/g,」Pol解釋。

研究人員們並分別在25℃和50℃時進行測試,以模擬各種氣候條件。「這是因為因天氣造成的電池退化情況在新墨西哥州和印第安納州時完全不同,」Pol解釋。

調查結果顯示香蒲的花粉表現比蜜蜂的花粉更好。

這項研究工作仍在進行中。雖然目前的研究只在陽極使用花粉,未來將致力於研究花粉在電池商用陰極的應用。

此外,該研究的電子顯微鏡觀察是在普渡大學的Birck奈米技術研究中心(Birck Nanotechnology Center )所進行的。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Pollen derived battery electrodes offer sustainable solution,by Paul Buckley)