利用過(guò)期饅頭制備超級(jí)電容器

一、研究背景

一個(gè)城市有很多超市、食堂，每天有大量的饅頭到達(dá)保質(zhì)期但沒(méi)有被售出。它們通常被當(dāng)作垃圾填埋、焚燒，或用于喂養(yǎng)牲畜、堆肥，回收利用價(jià)值較低，十分可惜。

超級(jí)電容器是目前國(guó)際儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其性能主要受電極材料影響，而碳基材料是當(dāng)前使用最廣泛的電極材料。

本創(chuàng)意利用過(guò)期饅頭富含碳元素這一特點(diǎn)，將其回收利用，制備成活性炭，構(gòu)建超級(jí)電容器，變廢為寶。

二、研究思路

以過(guò)期饅頭為原料，先通過(guò)堿活化和碳化制備活性炭，再用制備的活性炭制作電極極片，構(gòu)建超級(jí)電容器。

三、研究過(guò)程

1.制備活性炭

先將過(guò)期饅頭置于管式爐中，進(jìn)行高溫碳化，形成碳材料。然后將其研磨成碳粉末樣品，取適量裝入已裝有KOH的燒杯，加入蒸餾水?dāng)嚢杈鶆?。再將燒杯放入干燥烘箱?nèi)烘干，然后放入活化爐內(nèi)活化，自然冷卻后，取出樣品進(jìn)行酸洗和水洗至中性，烘干備用，即得到活性炭。

2.活性炭結(jié)構(gòu)表征

對(duì)制備的活性炭進(jìn)行氮?dú)馕?脫附測(cè)試，采用氣體吸附BET法計(jì)算樣品材料比表面積，采用DFT算法繪制樣品孔徑分布曲線(xiàn)，并用掃描電子顯微鏡，觀察樣品的表面形貌。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，制備的活性炭以微孔為主，比表面積約1500 m2·g-1。

3.制備電極極片和組裝超級(jí)電容器

將制備的活性炭樣品分別與導(dǎo)電碳黑、粘結(jié)劑PTFE、乙醇和水制成混合液，涂抹于泡沫鎳表面，經(jīng)烘干、冷壓，制備成電極極片。用電極極片，以Pt絲為對(duì)比電極，以Hg/HgO為參比電極，采用KOH溶液為電解液，組裝水系超級(jí)電容器三電極體系。

4.超級(jí)電容器電化學(xué)性能測(cè)試

對(duì)制備的超級(jí)電容器，分別進(jìn)行恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，超級(jí)電容器具有良好的電容特性，充放電電流效率較高，比電容較高，電容保持率也較高。1000次循環(huán)充放電過(guò)程，超級(jí)電容器始終維持著穩(wěn)定的高倍率和大容量特性，有著良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

四、研究結(jié)論

本創(chuàng)意成功利用已過(guò)保質(zhì)期的饅頭制成高比表面積、高吸附性能的活性炭材料，并應(yīng)用該活性炭材料制備電極極片，成功組裝超級(jí)電容器。組裝的超級(jí)電容器充放電速度快、電容量大，循環(huán)充放電性能好，是綠色環(huán)保的儲(chǔ)能裝置。

本創(chuàng)意成果為過(guò)期饅頭的回收利用提出了一種新的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的處理方法，并為新型儲(chǔ)能裝置——超級(jí)電容器的電極材料開(kāi)發(fā)提供了一種新思路。既可以廢物利用，又利于儲(chǔ)能，節(jié)約資源，市場(chǎng)前景廣闊。

責(zé)編/彭硯淼