說起板磚,你想到什么?搬磚、拍人?除建筑材料或“武器”的應(yīng)用外,8月11日,一篇發(fā)表于《自然·通訊》的研究論文展示了板磚的一種新用途——電能儲存。

導(dǎo)電高分子讓板磚登上《自然》子刊

 

美國路易斯華盛頓大學(xué)(Washington University in St. LouisJulio M. D’Arcy教授課題組將導(dǎo)電高分子聚(3,4-乙烯二氧噻吩)PEDOT)與普通紅磚結(jié)合,研發(fā)出了一種可存儲電能的超級電容器電極。制備時,將紅磚置于鹽酸和EDOT單體氣氛中。鹽酸溶解紅磚中三氧化二鐵(使紅磚顯紅色的主要物質(zhì))生成Fe3+(圖1a)。這些Fe3+會氧化EDOT并誘導(dǎo)其聚合生成PEDOT(圖1c)??刂品磻?yīng)時長可調(diào)控PEDOT在紅磚中的生長量和生長深度(圖1b)。生長PEDOT后,磚的顏色由紅變黑。

導(dǎo)電高分子讓板磚登上《自然》子刊
圖1.?板磚超級電容器電極制備。

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【儲電性能】

掃描電子顯微鏡圖像顯示合成的PEDOT具有納米纖維形貌(圖2a)。每根纖維約30微米長,200納米寬。將兩塊PEDOT/紅磚浸入1 M H2SO4水性電解液或含有H2SO4的聚乙烯醇的凝膠電解液可制成存儲電能的超級電容器(圖2b)。一塊體積為0.32 cm3的磚塊超級電容器可充電至1.0 V,在0.5 mA/cm2電流密度下體積比電容和面積比電容分別達到1.38 F/cm30.87 F/cm2。此外,通過在超級電容器外部涂布環(huán)氧樹脂防水,器件顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性:連續(xù)充放電10000次后儲能能力仍可維持在90%以上。此外,將三塊PEDOT/紅磚超級電容器串聯(lián)可輸出3.0 V電壓。該串聯(lián)超級電容器組滿充后可點亮一盞綠光LED燈近十分鐘(圖2c)。

導(dǎo)電高分子讓板磚登上《自然》子刊
圖2. PEDOT/紅磚超級電容器的電極形貌和應(yīng)用。

 

【未來展望】

考慮到紅磚是一種常用的建筑材料,作者們認為所報道的PEDOT/紅磚超級電容器有望作為靜態(tài)電能存儲單元并與房屋整合。例如,一面墻的某塊區(qū)域可作為充電模塊,直接為接入其中的手機、電腦等電子品供電。但是,因作者們尚未測試酸處理后紅磚的力學(xué)性能,紅磚超級電容器能否“獨當一面”成為墻體需要嚴格評估其安全性。

更多細節(jié)請見原文:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17708-1

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