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导电高分子让板砖登上《自然》子刊-岩拓气凝胶

导电高分子让板砖登上《自然》子刊

说起板砖,你想到什么?搬砖、拍人?除建筑材料或“武器”的应用外,8月11日,一篇发表于《自然·通讯》的研究论文展示了板砖的一种新用途——电能储存。

导电高分子让板砖登上《自然》子刊

 

美国路易斯华盛顿大学(Washington University in St. LouisJulio M. D’Arcy教授课题组将导电高分子聚(3,4-乙烯二氧噻吩)PEDOT)与普通红砖结合,研发出了一种可存储电能的超级电容器电极。制备时,将红砖置于盐酸和EDOT单体气氛中。盐酸溶解红砖中三氧化二铁(使红砖显红色的主要物质)生成Fe3+(图1a)。这些Fe3+会氧化EDOT并诱导其聚合生成PEDOT(图1c)。控制反应时长可调控PEDOT在红砖中的生长量和生长深度(图1b)。生长PEDOT后,砖的颜色由红变黑。

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图1. 板砖超级电容器电极制备。

 

【储电性能】

扫描电子显微镜图像显示合成的PEDOT具有纳米纤维形貌(图2a)。每根纤维约30微米长,200纳米宽。将两块PEDOT/红砖浸入1 M H2SO4水性电解液或含有H2SO4的聚乙烯醇的凝胶电解液可制成存储电能的超级电容器(图2b)。一块体积为0.32 cm3的砖块超级电容器可充电至1.0 V,在0.5 mA/cm2电流密度下体积比电容和面积比电容分别达到1.38 F/cm30.87 F/cm2。此外,通过在超级电容器外部涂布环氧树脂防水,器件显示出优异的稳定性:连续充放电10000次后储能能力仍可维持在90%以上。此外,将三块PEDOT/红砖超级电容器串联可输出3.0 V电压。该串联超级电容器组满充后可点亮一盏绿光LED灯近十分钟(图2c)。

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图2. PEDOT/红砖超级电容器的电极形貌和应用。

 

【未来展望】

考虑到红砖是一种常用的建筑材料,作者们认为所报道的PEDOT/红砖超级电容器有望作为静态电能存储单元并与房屋整合。例如,一面墙的某块区域可作为充电模块,直接为接入其中的手机、电脑等电子品供电。但是,因作者们尚未测试酸处理后红砖的力学性能,红砖超级电容器能否“独当一面”成为墙体需要严格评估其安全性。

更多细节请见原文:

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

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