得州农工大学(Texas A&M University)的研究人员开发了新型储能装置。该装置基于植物打造，灵活、重量轻、性价比高，在不久的将来甚至可以在几分钟内为电动汽车充满电。

“在储能设备中应用生物材料一直很棘手，因为很难控制其产生的电气化性能，这将严重影响到设备的生命周期和性能。此外，制造生物材料通常包括危险的化学处理过程。”主要研究人员Dr. Hong Liang表示，“我们设计出一种环保型储能设备，具有优越的电气化性能，易于制造，安全，而且成本低得多。”

储能装置一般以电池或超级电容器的形式出现。这两种设备都可以在需要时提供电流，但是存在一些根本性的区别。电池可以在单位体积内存储大量的电荷，而超级电容器可以在短时间内快速产生大电流。所以，超级电容器为设备充电的速度更快。

超级电容器的内部结构与普通电容器基本相同，二者都可以将电荷存储在金属板或电极上。然而，与普通电容器不同的是，超级电容器可以根据不同的用途，采用不同的设计制成不同的尺寸和形状。此外，超级电容器也可以采用不同的电极材料。

在研究过程中，Liang及其团队被二氧化锰纳米颗粒所吸引，并用这种材料设计出超级电容器的一个电极。Liang称：“二氧化锰更便宜，储量也更丰富，比其他过渡金属氧化物更安全，如氧化钌或氧化锌，后者被广泛用于制造电极。但是，二氧化锰的一个明显缺陷是电导率较低。”

木质素是一种将木材纤维粘合在一起的天然聚合物。以往研究表明，将木质素与金属氧化物结合在一起使用，可以提高电极的电化学性能。为了制作电极，研究团队用常见的高锰酸钾消毒剂，对纯化木质素进行处理。然后，施加高温高压以启动氧化反应，使高锰酸钾分解并将二氧化锰沉积在木质素上。接下来，他们把木质素和二氧化锰混合物涂在铝板上，形成环保电极。最后，研究人员将凝胶电解质夹在木质素-二氧化锰-铝电极和另一个由铝和活性炭制成的电极之间，组装超级电容器。

测试显示，这种超级电容器的电化学性能非常稳定。尤其是比电容，即设备存储电荷的能力，即使经过数千次充放电循环，变化也很小。据观察，当木质素-二氧化锰达到最佳比例时，该超级电容器的比电容可以达到其他超级电容器的900倍以上。而且，这些超级电容器也非常轻巧灵活，可作为汽车中的结构储能部件，用途非常广泛。

Liang说：“在这项研究中，我们采用低成本、可持续的方法，制造出具有优异电化学性能的植物基超级电容器。在不久的将来，我们希望通过只加入绿色可持续成分，使我们的超级电容器成为100%环保的设备。”
 

超级电容器有可能为电动汽车铺平道路，在几分钟内就能充电，克服了广泛采用的障碍之一，并且对司机和环境有益。德克萨斯农工大学的科学家们已经展示了一种具有出色储能潜力的植物型超级电容器，为实现这一目标迈出了一步。

　　超级电容器几乎可以在瞬间充电，并在需要时释放出巨大的能量，是一种具有巨大潜力的储能技术。我们已经看到了一些有趣的进展，用可持续材料制造设备，包括循环利用的塑料瓶、***甚至废弃的烟头。

　　德克萨斯农工大学的团队希望利用一种天然聚合物，这种称为木质素的聚合物赋予植物和树木以刚性，。这是由造纸行业作为废品大量生产的，实际上我们已经看到了一些有趣的突破，努力将这种聚合物回收到其他产品中，例如更坚固的混凝土和3D打印的生物浆。

　　然而，新研究的作者希望用它来为一种用于超级电容器电极的材料--二氧化锰。与其他解决方案相比，这种化合物的纳米颗粒提供了许多好处，但电化学性能是它们倾向于下降的地方。

　　“与其他过渡金属氧化物（如钌或氧化锌）相比，二氧化锰更便宜，可获得性丰富，而且更安全，这些过渡金属氧化物被普遍用于制造电极，”研究作者梁宏说。“但二氧化锰的一个主要缺点是它的导电性较低。”

　　此前的研究表明，木质素与金属氧化物的结合可以提升超级电容器电极的电性能，但该团队希望研究如何能具体增强二氧化锰的功能。于是他们设计了一种超级电容器，其中这两种成分构成了关键的构件。

　　该团队首先在普通消毒剂中净化木质素，然后施加热量和压力，使液体分解，使二氧化锰沉积在木质素上。然后用这种混合物涂覆铝板形成电极，再与另一个由铝和活性炭制成的电极配对形成超级电容器，中间夹着凝胶电解质。

　　研究人员介绍说，这种新装置轻巧、灵活、成本效益高，增加了其作为汽车结构储能元件的潜力。他们还报告说，它在测试中经受住了极好的考验，发现它具有“非常稳定的电化学特性”，并且在数千次循环中保持了存储电荷的能力。

　　研究人员通过现有的文献，将其性能与其他先进的超级电容器设计进行了比较，包括那些电极完全由活性炭制成的超级电容器，或石墨烯与其他材料结合的超级电容器。在电容方面，它的表现都优于它们，这通常被用于衡量该器件存储电荷的指标。当与一种采用二硒化锡制成的电极的超级电容器相比，新装置提供的电容是其900倍。

　　“将生物材料集成到储能设备中一直很棘手，因为很难控制它们所产生的电性能，然后严重影响设备的生命周期和性能。”梁宏说。“另外，生物材料的制作过程一般包括化学处理，这对人体有害。我们设计了一种环境友好的储能装置，它具有卓越的电气性能，并且可以轻松、安全地制造，成本也低得多。”