25日，记者从中国农业科学院获悉，该院农业环境与可持续发展研究所种植废弃物清洁转化与高值利用团队揭示了秸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英文学术期刊《生物炭》。
2022年，我国农作物秸秆8.65亿吨，推进秸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不清。
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，研究提出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，发现尿素和氢氧化钾的协同作用对氮元素掺杂和微介孔形成发挥了重要作用，并表现出优异的储能特性。团队用焦油制备的碳材料组装的超级电容器器件进行测试，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10000次后，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碳。
图为秸秆焦油聚合改性制备多孔碳反应路径。中国农业科学院供图
该研究为秸秆高价值利用提供了新路径和理论支持。“如果用该研究发现的秸秆焦油制备储能电极材料技术进行产业化应用，可以产生可观的经济效益。我们对该技术进行了能量与经济性分析，发现在不考虑设备投资和人工成本的情况下，采用该技术策略处理焦油每吨可以产生1.2万-1.7万元的经济效益，具有较好的市场应用潜力。”姚宗路说。
