扬州大学：爆米花制成“超级电池”

除了吃，爆米花还能做什么？最近，在扬州大学环境科学与工程学院的实验室里，侯建华博士的团队用爆米花制作了“超级电池”，可以在3分钟内充满电。有望克服电动汽车行驶里程短、充电时间长的发展瓶颈。这项发明的灵感来自他女儿吃爆米花时的问题。

随着可再生能源和清洁能源的发展，与之相匹配的储能装置的研究越来越受到重视。侯建华说，超级电容器作为一种新型储能设备，以其超高的功率密度、稳定性和长的循环寿命逐渐进入人们的生活。碳材料因其低成本和理想的电化学性能成为超级电容器电极材料的首选。传统的碳材料如多孔碳和活性炭容量有限，极大地限制了电化学储能装置在现实生活中的应用，阻碍了超级电容器作为主要电源的进程。因此，为了提高碳材料的电化学性能，控制碳材料的微观结构和化学成分是非常必要的。

据了解，现有的大多数控制方法，例如硬模板法和物理活化法，只能控制多孔碳的一个特性，并且操作通常更加复杂和昂贵。开发一种简单、绿色、可扩展的方法来精确设计多孔碳的结构，获得高能量密度和高功率密度的超级电容器，已成为侯建华的研究方向。

“为什么爆米花这么脆？”侯建华吃爆米花时被女儿的一个问题所启发。他把从玉米到爆米花的微观结构变化联系起来。“爆米花有多孔的蜂窝结构。爆米花能作为超级电容器材料储存能量吗？”

现在，侯建华和他的团队已经制备了具有“超高”比表面积的蜂窝状纳米片结构的爆米花基多孔碳片，以获得在生物质碳材料中具有最高能量密度的超级电容器器件。

爆米花如何储存能量？侯建华说，用微波辐射2分钟就能把玉米变成蓬松的爆米花，爆米花的体积比玉米颗粒大25倍以上。爆炸过程形成蜂窝状结构，进一步微波碳化后可得到衍生化的多孔碳纳米片。“爆米花蜂窝结构具有超高的比表面积和完美的孔径，因此一小块材料可以在其纳米薄片多孔内部储存大量电能，极大地提高了超级电池的储存容量。”侯建华说道。

据了解，爆米花电池的能量密度是生物质衍生碳材料中最高的报告值。实验结果表明，爆米花制成的超级电池在3分钟内就可以充满电，经过10000次充放电后，其容量仍在95%以上。有望克服电动汽车行驶里程短、充电时间长的发展瓶颈，满足电动汽车主要动力源的迫切需求。

除了爆米花，侯建华博士还使用其他“绿色材料”制作超级电容器，如灯笼、豆腐、大米、油条等。特别是农作物秸秆固有的孔隙结构。据报道，这些材料和爆米花都有相同的原理。例如，灯笼不打开时很小，打开时很蓬松。小孔可以储存电能。同时，这是一项带有中国元素的技术。

目前，这项研究成果发表在国际学术期刊《美国化学学会应用材料与界面》上。这项研究工作还得到国家自然科学青年基金、省自然科学青年基金和大学生科技创新基金等项目的支持。(陶，何)

《中国科学报》(第8版，2017年12月5日)