蘑菇皮技术制成的多孔网状碳纳米材料可让电池活性越用越佳

电动汽车和移动设备有望在未来十年迎来更加激烈的增长，但就当前的电池技术而言，这将使我们的环境资源面临巨大的压力。为了努力发现更多的可持续的替代型电池材料，加州大学河滨分校的研究人员们已经打造出了一款结合大褐菇（portabella mushrooms）表皮技术的新型电池。此举不仅能够降低电池生产时的经济和环境成本，还可让电池容量随着时间的推移而增加。

这种电池由三个主要部分组成：一个负极端子（阴极）、一个正极端子（阳极）、以及将它们分开的固体或液体（电解质）。合成石墨通常用于锂离子电池的阳极，但这种材料需要使用到诸如氢氟酸和硫酸纯化/制备的化学品，此法不仅成本高昂、还会产生对环境有害的废弃物。加州大学河滨分校的科学家们热衷于探索大褐菇（portabella mushrooms）的潜力，希望它能够成为更加自然的石墨替代品。



首先，早期的研究表明，蘑菇是高度多孔的——这是一种理想的特性，因为微孔在提升了空间的同时、还能够同时存储和传递额外的能量，从而带来更高的性能。其次，它们含有高量的钾盐——随着时间的推移，会有更多的孔隙被激活，因此有助于提升电解液活性物质的水平——当它被使用的时候，还可以显著提升电池容量和效果。


研究团队发现，从大褐菇顶帽上提取的表皮、再将它加热至500℃（932℉），就可以转换成一种自然衍生而来的类碳纳米带结构。进一步将它加热至1100℃（2012华氏度），它又会变成相互连通的多孔网状碳纳米带结构。在电池设计上，这种能提供相对较大的表面积以储存能量的材料最合适不过了。


伯恩斯工程学院的Mihri和Cengiz Ozkan教授。

研究人员称，结果表明，优化之后，蘑菇材料的碳阳极能够取代传统的石墨阳极。加州大学河滨分校研究生Brennan Campbell表示：有了这样的电池材料，在激活了孔碳架构潜在活性之后，未来的手机电池或许能够越用越久、甚至超过10年的时间。这项研究成果已经发表在了近日出版的《自然科学报告》（Nature Scientific Reports）上。