高值利用秸秆棉秆制备储能碳材料

国农业科学院农业环境与可持续发展研究所获悉，该所种植废弃物清洁转化与高值利用团队揭示了秸秆棉秆焦油通过聚合改性，制备储能碳材料的合成路径与调控机制，为秸秆棉秆高值利用提供了新视角和新方法。相关研究成果日前发表于学术期刊《生物炭》。

2022年，我国农作物秸秆棉秆产生量为8.65亿吨。推进秸秆棉秆高值利用是改善农业生态环境、加快农业绿色低碳发展的重要举措。热解技术可以将秸秆转化为生物炭、热解气、热解焦油等产品，促进秸秆棉秆离田高值利用。其中，热解焦油具有碳含量高、灰分含量低、易聚合等特点，适用于调控合成多孔碳材料。但焦油组分复杂，聚合成碳机理和孔隙调控规律尚不明确。

论文通讯作者、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员姚宗路介绍，此次研究提出了焦油聚合协同活化掺氮来制备多孔储能碳材料的合成策略，发现尿素与氢氧化钾的协同作用在氮元素掺杂和微介孔形成方面发挥了重要作用，且制备出的储能碳材料表现出优异的储能特性。团队对焦油制备的储能碳材料组装的超级电容器器件进行测试，结果表明，该器件在三电极体系下最高比电容为309.5法拉/克。在两电极对称体系中循环1万次后，其单极比电容仍保持80.1%的循环特性，性能显著优于商业活性炭。

本研究为秸秆棉秆高值利用提供了新路径和理论支持。“如果将研究提出的秸秆棉秆焦油制备储能碳材料技术进行产业化应用，或能产生一定的经济效益。”姚宗路说。