加拿大创业公司用大麻纤维造电池 正在量产
2014-08-20 10:14:31
作者:澎湃
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【超级生活网 sUperLIFE.ca专讯】8月12日在美国召开的第248界美国化学学会(ACS)全国会议上,纽约克拉克森大学的David Mitlin博士和他的团队表示,大麻中的纤维能够储存同石墨烯一样多的能源与动力,换言之,大麻可以用在电池、超级电容器中。

据美国化学学会网站消息,一家加拿大创业公司正在推广该项技术,并且量产。

美国化学学会是由美国国会设立的非营利组织。ACS目前拥有超过161000名成员,已成为世界上最大的科技协会。ACS通过其多个数据库、同行评议期刊以及各种科研会议成为了提供化学研究服务的全球领导者。

在进一步了解大麻用途时,不妨先介绍下关于大麻的基本信息。大麻是地球上大部分温带和热带地区都能生长的一种强韧、耐寒的一年生草本植物。实际上,大部分的大麻是没有毒的,我们所说的大麻有毒,是指印度大麻中一种较矮小、多分枝的变种。

在医学上,大麻经常被用来辅助某些晚期绝症(癌症、艾滋病)的治疗,用来增进食欲、减轻疼痛,可用来缓解青光眼和癫痫、偏头痛等神经症状,以及两极情绪不稳,可以减轻化疗病人的恶心症状。

除了医用外,大麻还与宗教有关。拉斯特法里宗教是1930年代起自牙买加兴起的一个黑人基督教宗教运动,该宗教的教义是:吸食大麻得到圣经的许可,有助于冥思和精神觉醒。今年6月,牙买加内阁通过《危险药物法修订案》,使大麻的药用、宗教和个人使用合法化。修订后的法案规定,拥有、吸食2盎司或更少量的大麻,仅造成违法,不会构成犯罪。牙买加国会将在今年9月对此修订进行表决。而在表决前,使用大麻仍是犯罪。

在大部分国家,大麻是被禁止的。但是,美国和加拿大在不同程度对大麻的医药、娱乐用途放行。

2009年10月,美国司法部宣布,对那些按照各州法律规定使用大麻的病人和医用大麻经销商,联邦政府将不追究法律责任,这一决定使得美国13个州为医用大麻放行。

2012年12月,华盛顿州通过一项法律,允许人们把大麻作为休闲娱乐而使用,该州成为美国历史上第一个承认大麻可供“娱乐使用”而不违法的州份。根据该州法律,只要年龄在21岁以上且大麻用量不超过20克,均属合法。2013年1月,科罗拉多州也执行了类似法律。

联合国报告指出,北美的大麻使用量居全球第一。美国、加拿大、尼日利亚和澳大利亚为排名最靠前的几个国家。在这些国家中,均有超过10%国民承认吸食大麻。在2008至2011年期间,加拿大的大麻使用量有所下降,但在2011年至2012年期间又迅速回升。

从联合国的报告可见,大麻在北美拥有最大的市场,而如果将来大麻发电普及化,那么从大麻自身来说,是最好的“洗白”。

超级电容器是能够巨大地改变未来电子产品充电方式的储能设备。与目前需要几个小时才能充满电的可充电电池不同,超级电容器能够在几秒钟之内完成充电或者放电。但是超级电容器存储的能量通常不如传统电池多。

Mitlin博士和他的团队认为提高超级电容器的能量密度所采取的一个方法就是设计更好的电极。

一直以来,科学家们将研发理想的超级电容器的重点主要都放在石墨烯上。石墨烯是一种由碳原子厚层方式构成的强度好且重量轻的材料。科学家一直在研究如何利用石墨烯的独特属性制造出性能更好的太阳能电池、水净化系统、触屏技术以及电池和超级电容器。但是,石墨烯的主要问题在于其价格昂贵。

“我们所研究的这种设备的电化学性能能够与石墨烯电池相当,甚至超过他们,” Mitlin说道。“其主要优势在于我们的电极是通过对生物废弃物的简单加工得来的,因此,成本上比石墨烯更加便宜。”

那么,如何利用大麻纤维制造出电极?Mitlin团队尝试从大麻的韧皮纤维中制造出与石墨烯类似的碳原子。如果大麻纤维以略高于华氏350度的温度持续加热24小时,然后再通过更多的热能将所得材料爆破,大麻纤维将会脱落为碳纳米片。

Mitlin团队利用从大麻中提取的碳作为电极,利用一种离子液体作为电解质,最终研发出了他们的超级电容器。组装完成后,大麻电池设备无论在能量密度上还是在可工作的温度区间上都要比目前市面上的超级电容器表现得更加优异。大麻电池设备产生的能量密度可以达到每公斤12瓦时,这是目前市面上电池设备的2到3倍。并且,大麻电池设备工作的温度区间非常广泛,可以在冰点温度到200华氏度之间工作。

“我们已经不再停留于这种功能全面的电容器的理论阶段,” Mitlin说道,“现在我们正向小规模生产努力。”

Mutlin的这项研究开始于其此前任职的阿尔伯塔大学。这项研究由亚伯达创新科技未来(Alberta Innovates Technology Futures)、加拿大国家纳米技术研究所(National Institute for Nanotechnology)以及艾伯塔牲畜及肉类局(Alberta Livestock and Meat Agency)共同资助。

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