关注·多孔碳纤维在汽车储能领域的应用前景

弗吉尼亚理工大学（美国弗吉尼亚州布莱克斯堡）的研究人员。理学院正在寻找多孔炭纤维在电化学储能方面的工业用途。

CW最近报道的碳纤维是由化学助理教授、大分子创新研究所的成员刘国良开发的。他的实验室使用嵌段共聚物来制造具有均匀分布的中孔的碳纤维，使它们类似于海绵。

刘最近在“自然通讯”上发表的文章展示了这些纤维如何能够实现高能量密度和高电子/离子荷电速率，这在电化学储能设备中通常是相互排斥的。刘的长期愿景是用多孔碳纤维制造汽车外壳，这种纤维可以将能量储存在毛孔中。

“这是与工业相关的下一步，”刘说。他说：“我们希望制定一个对工业有利的程序。现在工业不仅要把碳纤维看作是一种结构材料，而且要把它当作汽车、飞机等的储能平台。”

据刘教授介绍，碳纤维与锰氧化物（Mn02）等假电材料相结合时被用作储能材料，使碳纤维能够储存大量的能量，因此，碳纤维是一种新型的储能材料。刘研究了MnO_2在研究中的应用，将碳纤维浸泡在KMnO_4前驱体的溶液中。然后，前驱体与碳反应，腐蚀掉一层薄薄的碳，并锚定在其余的碳上，形成一层大约2纳米厚的薄涂层。

但是据刘说，用这种方式使用二氧化锰会造成充放电速率慢的问题。MnO2过少意味着存储容量过低。过多的二氧化锰会产生过厚的涂层，这种涂层是电绝缘的会减慢离子的传输。

据报道，刘的多孔炭纤维有能力克服这一挑战。在他的实验室里的测试表明，MnO2的负载量很高，而且充电和放电速率都很高。刘的实验室在性能下降之前负载了高达7毫克/平方厘米的二氧化锰。据报道，这是目前工业所能利用的二氧化锰数量的两倍或近三倍。

“在7毫克/平方厘米的质量负荷下，我们已经达到了这种材料理论极限的84%，”刘说。“如果您装载7毫克/平方厘米的其他材料，您将达不到这个要求。”

从长远来看，刘认为电动超级汽车将取代汽油动力汽车。在短期内，他希望在短时间内使用碳纤维部件提供能源，以加快汽车的速度。除了汽车行业之外，刘还展望了他的纤维在其他运输应用中的用途，如送货无人机。

刘说：“如果你想要一架无人机为亚马逊交付产品，你希望无人机承载尽可能多的重量，你也希望无人机尽可能轻。”“基于碳纤维的无人机可以同时完成这两项工作。碳纤维是运输货物的坚固结构材料，是为运输提供动力的储能材料。“。

最近这篇论文的第一位作者是刘天宇，他是刘实验室的博士后。参与这项研究的还有两位前博士后助理周正平和郭一晨，以及化学系三年级博士生郭冬。

来源：compositesworld

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